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 Tamburo microscopico per la meccanica quantistica
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Inserito il - 23/05/2018 : 10:18:46  Mostra Profilo  Rispondi Quotando
Un tamburo microscopico per la meccanica quantistica

21 maggio 2018

Un minuscolo sistema può essere messo in vibrazione da un impulso laser, permettendo di studiare principi fondamentali della meccanica quantistica come quello di sovrapposizione. In prospettiva, la speranza è che una migliore comprensione di queste leggi porti allo sviluppo di tecnologie di nuova generazione (red)

da lescienze.it/news

Un microscopico tamburo che può vibrare ed essere fermato grazie a una minuscola bacchetta, costituita da un impulso laser, o anche vibrare e allo stesso tempo essere fermo, secondo le leggi della meccanica quantistica. È il singolare sistema fisico illustrato sul “New Journal of Physics” da Michael Vanner del Quantum Measurement Lab dell’Imperial College London e colleghi, che rappresenta un valido modello per studiare questioni fondamentali al confine tra il mondo microscopico, descritto dalla fisica quantistica, e il mondo macroscopico, descritto dalla fisica classica.

Per capire meglio può essere utile richiamare alla memoria il paradosso del gatto di Schrödinger. Si tratta di un esperimento mentale elaborato nel 1935 dal fisico austriaco Erwin Schrödinger, uno dei padri della meccanica quantistica, per esemplificare le stranezze dell’allora nascente teoria che descrive il mondo microscopico. Protagonista del paradosso è un gatto chiuso in una scatola. Vicino all’animale c’è una piccola quantità di sostanza radioattiva che in dato intervallo di tempo può decadere oppure no. Se decade, grazie a un marchingegno, rompe una fiala contenente cianuro che uccide il gatto.

La vita del gatto dipende quindi da un evento intrinsecamente probabilistico. Ma come possiamo descrivere il sistema senza vedere all’interno? Il gatto è vivo oppure morto? Secondo le leggi della meccanica quantistica, anch’esse probabilistiche, in questo sistema fisico possono esserci due stati ben distinti – il gatto vivo, il gatto morto – ma è possibile anche una sovrapposizione di stati in cui il gatto è vivo e morto allo stesso tempo, almeno fino a quando non eseguiamo una misurazione, cioè finché non apriamo la scatola.

Il gatto di Schrödinger è utile per visualizzare le situazioni paradossali che possono emergere dalla descrizione quantistica della realtà. Tuttavia, è possibile muovere importanti obiezioni teoriche alla correttezza della descrizione del sistema appena citato. La più importante è che evidentemente si tratta di un contesto macroscopico, mentre le leggi della meccanica quantistica valgono solo nel micromondo, cioè quando sono in gioco particelle, atomi e molecole.

Ma dove si trova il confine tra i due mondi? Un modello utile per rispondere a questa domanda è il minuscolo “tamburo” di Vanner e colleghi. Si tratta in realtà di un piccolo sistema che può essere messo in vibrazione meccanica da un impulso laser, grazie alle tecniche messe a punto nel campo emergente dell’optomeccanica quantistica.

“Questo sistema fornisce una direzione di ricerca promettente per realizzare una versione meccanica del gatto di Schrödinger, in cui il tamburo vibra e rimane fermo allo stesso tempo”, ha spiegato Vanner. “Tutto questo è esaltante, perché ci permetterà anche di testare i limiti fondamentali della meccanica quantistica, osservando come si comportano su larga scala le sovrapposizioni quantistiche.”

Un primo risultato significativo è stato ottenuto dagli autori con l’osservazione del fenomeno d’interferenza tra le onde delle vibrazioni che percorrono il tamburo. Nell’esperimento, l’interferenza era ancora a livello classico a causa del rumore termico, che metteva in vibrazione il tamburo. Ma il gruppo sta ora lavorando per migliorare la propria tecnica e ripetere gli esperimenti a temperature prossime allo zero assoluto, dove ci si aspetta che la meccanica quantistica domini, rendendo potenzialmente possibile osservare la transizione da un mondo all’altro.

La speranza è che questa migliore comprensione dei sistemi quantistici porti in prospettiva anche allo sviluppo di nuove potenti tecnologie quantistiche avanzate, come sensori ultra-precisi.

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/aabb8d/meta


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