Rivelare gli effetti quantistici a livello di atomi e particelle elementari è un compito difficile e difficile. È sempre meglio comprendere ciò che può essere osservato e misurato con precisione. Idealmente, è necessario che gli effetti quantistici si verifichino a livello macro, a livello della fisica classica. I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno affrontato questo problema e ci sono riusciti.
Recentemente, in un articolo pubblicato sulla rivista Nature, un gruppo di autori guidati dal professore di fotonica dell'ETH di Zurigo Lukas Novotny (Lukas Novotny) ha riferito di un esperimento quantistico con una nanosfera di vetro con un diametro di 100 nm. È un oggetto del nostro mondo macroscopico nativo, sebbene sia centinaia di volte più sottile di un capello umano. Allo stesso tempo, una minuscola sfera di vetro contiene dieci milioni di atomi e non può (e non dovrebbe) esibire effetti quantistici. Ma gli scienziati hanno creato le condizioni di una sfera di vetro in cui può comportarsi come un elettrone o un singolo atomo. In particolare, una palla può comportarsi come un'onda, e non solo come una particella, e questo fenomeno può essere osservato quasi con i propri occhi.
La sfida per i ricercatori era rallentare la sfera di vetro come raccolta di tutti gli atomi fino allo stato quantico con l'energia più bassa. In questo stato, le particelle rimangono stabili e consentono l'osservazione delle proprietà delle onde. Per questo, la palla è stata posta in una camera a vuoto e raffreddata a una temperatura di 269 ° C sotto lo zero. Il movimento termico degli atomi nella sfera è notevolmente diminuito, ma affinché la sfera manifesti effetti quantistici è necessario un raffreddamento più forte, cosa che i ricercatori non hanno ancora affrontato.
Nel frattempo, gli scienziati hanno testato la possibilità di rallentare sulla nanosfera utilizzando onde elettromagnetiche. In uno stato sospeso nel vuoto, la nanosfera è trattenuta in una trappola ottica creata da un raggio laser. Un altro raggio consente di misurare con precisione le oscillazioni della nanosfera e il feedback degli elettrodi consente di attivare i campi elettromagnetici in momenti specificati per smorzare i movimenti oscillatori della sfera. Qualcosa del genere nella vita ordinaria oscilliamo o rallentiamo un'oscillazione: creiamo un impulso di accelerazione o frenata nei momenti necessari per risolvere il problema.
Se gli scienziati possono rallentare la nanosfera allo stato quantico con l'energia più bassa, che darà alla palla proprietà quantomeccaniche, allora sarà una piccola cosa. Esistono esperimenti a doppia fenditura testati dalla fisica che mostrano funzioni d'onda delle particelle. In tali esperimenti, gli elettroni o gli atomi sembrano essere in due posti contemporaneamente, esibendo proprietà ondulatorie. Si tratta infatti del fenomeno dell'interferenza, quando diverse parti dell'onda passano attraverso due fessure distanziate e creano un quadro caratteristico all'uscita. Gli scienziati si aspettano di vedere un'immagine simile in un esperimento con una nanosfera di vetro, che sarà la prova di un fenomeno quantistico a livello macro.
Aggiungiamo che anche oggi tali esperimenti, che non sono stati completati fino in fondo, hanno un potenziale enorme. Sulla base di tali nanosfere e fenomeni quasi quantistici, è possibile creare sensori di accelerazione e spostamento che seguiranno il movimento degli oggetti in modo più accurato rispetto a tutti i GPS messi insieme. I militari sono particolarmente affezionati a questo, ma questa è un'altra storia.
2021-07-17 13:50:49
Autore: Vitalii Babkin