È un passo da gigante nel campo dell'infinitamente piccolo. Un team di ricercatori dell'Università di Vienna, in collaborazione con ricercatori dell'Università di Basilea, ha appena superato i limiti della validità della fisica quantistica. È riuscito ad applicare il famoso principio di sovrapposizione su una scala senza precedenti: 2.000 atomi alla volta! Moltiplica per 30 il peso dell'oggetto con il quale si potrebbe ottenere un'interferenza quantistica, ottenendo così la registrazione dell'oggetto quantistico più pesante osservato.

Tutto questo è già un po 'complicato da seguire? Andremo passo dopo passo. Per capire quale impresa abbiano raggiunto questi ricercatori, dobbiamo prima ricordare uno dei pilastri della meccanica quantistica, questo ramo della fisica che descrive il modo in cui oggetti microscopici come molecole, atomi o particelle. Questo principio è quello della "dualità onda-particella".

Ma torniamo un po 'di più. Ricorda, tutta la specificità di un oggetto quantistico è di trovarsi contemporaneamente in diversi stati: "morto" e "vivo" (come il famoso gatto Schrödinger), "nero" e "bianco", "attivo" "o" a riposo ". Un oggetto "classico", come un corpo umano o un pallone da calcio, non ha questa strana facoltà. Ma dov'è il confine tra l'oggetto quantico e l'oggetto classico? Sappiamo che esiste un limite di dimensioni ovviamente, ma dove posizionare questo livello fatale? Questo è stato, in linea di massima, tutta la posta in gioco dell'esperienza del team dell'Università di Vienna, dettagliata in un articolo della rivista Nature Physics .

L'esperienza di "slot"

Per discernere un oggetto quantico da un non-quantico, è "abbastanza" quindi sapere se si trova o meno in più stati contemporaneamente. Esistono diversi modi per farlo, tra cui Young's Slot Experience, che ha lo scopo di evidenziare la dualità onda-particella di un oggetto quantico. "Questa è l'esperienza fondante della fisica quantistica", afferma Julien Bobroff, fisico e professore all'Università Parigi-Sud Orsay. Mostra che un oggetto si comporta sia come un'onda che come una particella, e quindi osservalo in tutta la sua "dualità onda-particella"!

Fintanto che non si misura un oggetto quantistico, lo si lascia da solo, si comporterà come un'onda. D'altra parte, non appena viene misurato, verrà ridotto allo stato di particella. Ma allora come smascherarlo, se si piega in uno stato o nell'altro una volta che è titolato? Esistono diversi modi per farlo, uno dei quali è l'esperienza Young Slots. Ciò consiste, schematicamente, nel far passare un oggetto tra le fessure per osservare il modo in cui appare e stampa su uno schermo posizionato sull'altro lato. A seconda del marchio, chiamato "interferenza", che lascerà sullo schermo, i fisici saranno in grado di determinare se è quantico o no.

Spingi i confini del visibile

Nel 1999, questo stesso gruppo dell'Università di Vienna era già riuscito a creare interferenze quantistiche con una molecola di 60 atomi. L'impresa era già eccezionale. Venti anni dopo, è riuscita a riprodurre l'esperimento con una molecola di 2.000 atomi! Tutto il virtuosismo della manipolazione sta nel fatto di essere stato in grado di ottenere interferenze visibili, poiché più un oggetto quantistico è pesante, più questi sono "difficili da vedere" (la loro lunghezza d'onda è più piccola). Nel caso della molecola di 2.000 atomi, parliamo di una lunghezza d'onda di 53 femtometri! Come promemoria, un femtometro vale un milionesimo di miliardesimo di metro ...

"Hanno migliorato la loro metodologia, in particolare il modo di interferire con le molecole. La realizzazione tecnica è anche più intelligente. Ma più vogliamo testare oggetti di grandi dimensioni, più saranno perfezionati", ha affermato Julien Bobroff. " In ogni caso, non hanno fatto altro che confermare il principio della sovrapposizione quantistica e ampliare ulteriormente l'ambito dell'equazione di Schrödinger!"

L'esperienza delle schisi di Young presentate nello studio. A sinistra, il punto di ingresso della molecola, a destra, le interferenze ottenute all'uscita © Università di Vienna / Università di Basilea

Ma il fisico vuole ancora enfatizzare un dettaglio. "In realtà, gli oggetti più pesanti dei loro sono già stati misurati in una sovrapposizione. Ad eccezione del fatto che erano molto interessanti, un parametro che consente di ingrandire la lunghezza d'onda di un oggetto. squadra delle università di Vienna e Basilea, è stata condotta a temperatura ambiente ". In effetti, la lunghezza d'onda di un oggetto quantistico dipende dalla sua massa e dalla sua temperatura. Più è pesante, più è piccolo, come abbiamo visto, ma è anche più caldo. "Le condizioni ideali di osservazione si ottengono così con un oggetto luminoso a una temperatura molto bassa." Tutto il contrario della nostra grande molecola a temperatura di laboratorio.

Spero un giorno di padroneggiare il computer quantistico

Se questa è una svolta nelle scienze puramente fondamentali, apre il campo delle possibilità in diversi campi: quello della misurazione di precisione prima, dopo aver spinto ulteriormente la sensibilità degli strumenti, ma anche quella di dell'informatica quantistica. "Riuscire a dimostrare che un oggetto può trovarsi in due stati alla volta, e soprattutto a controllarlo, è il mattone elementare del computer quantistico, anche se secondo me non è ancora per domani ...", sottolinea Julien Bobroff. "Non importa, quello che sono riusciti a fare è già così buono che è abbastanza per la nostra felicità."

È un passo da gigante nel campo dell'infinitamente piccolo. Un team di ricercatori dell'Università di Vienna, in collaborazione con ricercatori dell'Università di Basilea, ha appena superato i limiti della validità della fisica quantistica. È riuscito ad applicare il famoso principio di sovrapposizione su una scala senza precedenti: 2.000 atomi alla volta! Moltiplica per 30 il peso dell'oggetto con il quale si potrebbe ottenere un'interferenza quantistica, ottenendo così la registrazione dell'oggetto quantistico più pesante osservato.

Tutto questo è già un po 'complicato da seguire? Andremo passo dopo passo. Per capire quale impresa abbiano raggiunto questi ricercatori, dobbiamo prima ricordare uno dei pilastri della meccanica quantistica, questo ramo della fisica che descrive il modo in cui oggetti microscopici come molecole, atomi o particelle. Questo principio è quello della "dualità onda-particella".

Ma torniamo un po 'di più. Ricorda, tutta la specificità di un oggetto quantistico è di trovarsi contemporaneamente in diversi stati: "morto" e "vivo" (come il famoso gatto Schrödinger), "nero" e "bianco", "attivo" "o" a riposo ". Un oggetto "classico", come un corpo umano o un pallone da calcio, non ha questa strana facoltà. Ma dov'è il confine tra l'oggetto quantico e l'oggetto classico? Sappiamo che esiste un limite di dimensioni ovviamente, ma dove posizionare questo livello fatale? Questo è stato, in linea di massima, tutta la posta in gioco dell'esperienza del team dell'Università di Vienna

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