All’Università di Tokyo un gruppo di fisici ha compiuto un passo che fino a poco tempo fa sembrava impossibile: hanno ridotto l’incertezza quantistica legata al movimento di una particella nanoscopica sospesa nel vuoto. In altre parole, sono riusciti a “comprimere” il rumore quantistico, considerato da sempre un limite invalicabile della meccanica quantistica.
Per comprendere l’importanza del risultato bisogna ricordare che, nel mondo subatomico, nulla può essere misurato con precisione assoluta. Ogni particella, anche nel suo stato energetico più basso, continua a vibrare in maniera imprevedibile a causa delle cosiddette fluttuazioni del punto zero. Questo principio, noto come indeterminazione, è alla base della fisica quantistica. La tecnica del “quantum squeezing” consiste proprio nel ridurre l’ampiezza di una di queste fluttuazioni, restringendo l’incertezza al di sotto di quanto si riteneva possibile.
I ricercatori guidati da Kiyotaka Aikawa hanno scelto come banco di prova una minuscola particella di vetro, sospesa all’interno di un fascio laser in condizioni di vuoto spinto e raffreddata quasi al minimo energetico consentito dalle leggi della fisica. In questo ambiente isolato, hanno potuto manipolare la particella con estrema precisione, misurando la sua distribuzione di velocità subito dopo averla “rilasciata” dal campo ottico.
È stato proprio in quel momento che è emerso il segnale atteso: la distribuzione era più stretta del limite quantistico previsto, la prova che la particella si trovava in uno stato di squeezing. Non è stata un’impresa semplice. Particelle così piccole tendono a destabilizzarsi facilmente e ogni minimo disturbo ambientale rischia di annullare l’effetto. Dopo anni di tentativi, il team ha trovato le condizioni giuste per riprodurre in modo stabile il fenomeno.
Un sistema del genere, in cui una nanoparticella levitata mostra comportamenti quantistici controllabili, diventa un laboratorio naturale per studiare la transizione tra mondo microscopico e macroscopico, inoltre apre scenari tecnologici notevoli. Sensori quantistici basati su questo principio potrebbero, ad esempio, fornire strumenti di navigazione indipendenti dal GPS, utili per esplorazioni sottomarine o missioni spaziali, oppure migliorare la sensibilità delle apparecchiature mediche e geologiche.
La ricerca, pubblicata sulla rivista Science, dimostra che la frontiera tra il visibile e l’invisibile non è così netta come pensavamo. Una singola nanoparticella, sospesa tra due mondi, diventa un ponte per spingersi oltre i confini della fisica conosciuta.
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