Un importante passo avanti nell’esplorazione di effetti quantistici macroscopici è stato compiuto grazie a uno studio condotto presso il Quantum Science and Technology (Qstar) di Arcetri, centro di ricerca nato nel 2012 da un accordo operativo fra l’Istituto Mpq-Max Planck for Quantum Optics (della Mpg) in collaborazione con l’Istituto nazionale di ottica (Ino) del Cnr, l’Istituto italiano di tecnologia, l’Università di Firenze e il Laboratorio europeo di spettroscopia non lineare (Lens). I risultati sono stati pubblicati su 'Science’.
“Nel mondo in cui viviamo, un oggetto come una matita, se posto in una condizione instabile, per esempio poggiata sulla punta, può cadere a destra o a sinistra”, spiega Augusto Smerzi, coordinatore scientifico di Qstar assieme a Francesco Cataliotti. “Nel mondo quantistico, invece, la matita può cadere allo stesso tempo sia a sinistra sia a destra. Questa dinamica paradossale fu considerata da Erwin Schroedinger, il fisico austriaco noto per i suoi contributi nel campo della meccanica quantistica, come il vero mistero della fisica dei quanti. Per metterne in evidenza questa natura apparentemente 'illogica’, Schroedinger fece l'esempio di un gatto che fosse allo stesso tempo sia vivo che morto. Il lavoro svolto dai ricercatori del Qstar ci avvicina a tale osservazione”.
Il risultato è stato raggiunto utilizzando un gas quantistico ultrafreddo. “Abbiamo usato un condensato di Bose-Einstein, uno stato della materia che si ottiene quando si porta un insieme di particelle a temperature estremamente vicine allo zero assoluto, nel quale le collisioni fra atomi creano un’instabilità analoga a quella di una matita in piedi sulla punta, uno stato quantistico con proprietà simili a quelle ipotizzate da Schroedinger”, aggiunge Luca Pezzé dell’Ino-Cnr.
La rivelazione di sovrapposizioni quantistiche di un oggetto macroscopico costituisce però un formidabile problema sperimentale poiché ogni minima interazione con l’ambiente circostante ne provoca l’immediata distruzione. “Per studiarla abbiamo applicato metodi statistici innovativi che hanno permesso, attraverso il conteggio degli atomi, di rivelare la creazione di una situazione simile a quella del gatto di Schroedinger”, conclude Smerzi, dell’Ino-Cnr. “Un tale stato atomico ha permesso di realizzare un prototipo di orologio atomico con sensibilità oltre il limite permesso dalla fisica classica. Il metodo sviluppato in questo lavoro promette applicazioni che vanno al di là delle misure di precisione e puntano verso altre tecnologie quantistiche emergenti come la computazione quantistica e la criptografia”.
Entrambi coautori del lavoro, Augusto Smerzi e Luca Pezzè sono stati attratti a Firenze dalla nascita del centro Qstar: l'obiettivo scientifico del Centro, promosso dal fisico Massimo Inguscio e dal Premio Nobel Theodor Hänsch, è proprio l’esplorazione delle frontiere della scienza quantistica, combinando i metodi e le strategie sviluppate in diversi settori della fisica, tra cui la fisica atomica, molecolare ed ottica e le nano-scienze.
Fonte: Augusto Smerzi, Istituto nazionale di ottica del Cnr , email augusto.smerzi@ino.it
Per saperne di più: H. Strobel et al., SCIENCE 345, 424 (2014) - www.cqstar.eu
