Vedere l’invisibile, oggi, non è più solo una suggestione da romanzo di fantascienza. Un gruppo di fisici dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign ha infatti sviluppato un nuovo tipo di interferometro quantistico capace di effettuare misurazioni di precisione anche in ambienti pieni di disturbi ottici, su materiali fragili o scarsamente trasparenti alla luce. Il segreto? Una coppia di fotoni entangled e un’ingegnosa architettura ottica.
A differenza degli interferometri classici, che sfruttano la differenza di fase tra due fasci di luce per rilevare minime variazioni fisiche, questo strumento quantistico si avvale di una particolarissima proprietà della meccanica quantistica: l’entanglement, o correlazione tra particelle. Due fotoni vengono generati in uno stato di correlazione profonda, in modo che l’uno "senta" ciò che accade all’altro, anche se seguono percorsi differenti.
Nel sistema messo a punto dai ricercatori, uno dei due fotoni attraversa il campione da analizzare, mentre l’altro prende una via di riferimento. Al momento della loro ricombinazione, le informazioni raccolte vengono confrontate attraverso uno schema di interferenza quantistica che rimane leggibile anche in presenza di forte rumore ambientale o luce diffusa. Non è necessario che il campione sia illuminato in modo intenso: bastano pochi fotoni per ottenere un segnale netto. Questo riduce enormemente il rischio di danneggiare materiali fotosensibili, come tessuti biologici o pellicole metalliche ultra sottili.
Un’altra miglioria chiave riguarda l’uso di fotoni entangled a colori estremamente diversi: ad esempio uno blu e uno rosso. Questa strategia, detta "entanglement in colore estremo", aumenta la sensibilità del dispositivo pur lavorando con bande di luce molto ristrette, evitando la complessità di usare uno spettro completo. È un dettaglio tecnico che consente misurazioni più rapide e precise su scala nanometrica.
Colin Lualdi, dottorando e primo autore dello studio, ha evidenziato come questo strumento riesca a misurare anche segnali dinamici, come vibrazioni infinitesimali, in tempo reale. In un test condotto su un film metallico, il dispositivo ha fornito una stima dello spessore del materiale perfettamente coincidente con quella ottenuta mediante microscopia a forza atomica, uno dei metodi più sofisticati oggi disponibili.
Si parla di possibili applicazioni che spaziano dalla diagnostica medica non invasiva allo studio di organismi fotosensibili, come alcune alghe, fino al monitoraggio strutturale di componenti ingegneristiche in condizioni esterne estreme. Tuttavia, l’attuale versione del dispositivo necessita ancora di un allestimento laboratoriale complesso, composto da elementi ottici finemente calibrati. L’obiettivo per il futuro è semplificarne l’architettura per renderlo più accessibile a un utilizzo su scala più ampia.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science Advances, segno dell’alto interesse scientifico suscitato da questo traguardo.
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