Scienziati finanziati dall'UE raggiungono un nuovo stato nella fisica quantistica
Alcuni ricercatori in Austria, finanziati dall'UE e impegnati nello studio della fisica atomica ultrafredda, hanno generato uno stato esotico nel quale gli atomi sono allineati in una struttura unidimensionale, creando una "fase a molti corpi" con nuovi stati meccanici quantistici. Le loro scoperte, pubblicate sulla rivista Science, aprono una nuova area di studio nel campo della fisica quantistica. I risultati sono frutto del progetto NAME-QUAM ("Nanodesigning of atomic and molecular quantum matter"), finanziato con 2 Mio EUR attraverso il tema "Tecnologie dell'informazione e della comunicazione" del Settimo programma quadro (7° PQ). I partner del progetto NAME-QUAM studiano la tecnologia della materia quantistica dell'atomo ultrafreddo e della molecola, con lo scopo di idividuare nuove direzioni e approcci alternativi verso un'elaborazione dell'informazione quantistica scalabile e miniaturizzabile. Nell'area specializzata della "fisica quantistica a molti corpi", gli scienziati hanno osservato una notevole amplificazione degli effetti delle fluttuazioni quantistiche quando le interazioni tra le particelle sono forti e la geometria del sistema è semplice. Esempi ben conosciuti comprendono punti quantici zero-dimensionali e fili quantici unidimensionali. Ottenere una fase di stato così eccitato che sia anche di lunga durata è però difficile dal punto di vista sperimentale, perché i sistemi si deteriorano velocemente, in parte in seguito all'"accoppiamento" con l'ambiente. In questa recente ricerca il team, guidato da Hanns-Christoph Naegerl dell'Università di Innsbruck in Austria, ha riconosciuto il potenziale di usare atomi ultrafreddi per generare una fase a molti corpi di lunga durata, fortemente interattiva ed eccitata. Gli atomi freddi possono facilmente disaccoppiarsi dall'ambiente - hanno riflettuto - e le loro interazioni sono "invertibili". "I gas quantici ultrafreddi offrono un grande vantaggio: possono essere isolati dall'ambiente abbastanza bene," ha detto il dott. Naegerl. I bosoni sono particelle che possono occupare lo stesso stato quantistico; in altre parole, i bosoni aventi la stessa energia possono occupare lo stesso posto nello spazio. I bosoni osservati sperimentalmente comprendono fotoni, che sono portatori della forza del campo magnetico, e i gluoni, che sono portatori della forza sottostante alla forte forza nucleare. I ricercatori hanno prodotto un gas quantico fatto di atomi bosonici di cesio in una camera a vuoto. Quindi, hanno generato un reticolo ottico usando due raggi laser; il reticolo confinava gli atomi in strutture verticali e uni-dimensionali con fino a 15 atomi allineati in ogni "tubo". I raggi laser hanno evitato che gli atomi uscissero dalla linea o cambiassero posto. Una volta ottenuto ciò, gli scienziati hanno usato un campo magnetico per regolare l'interazione tra gli atomi. "Aumentando l'energia di interazione tra gli atomi (interazione di attrazione), gli atomi cominciano a riunirsi e la struttura si deteriora velocemente," ha spiegato il dott. Naegerl. È il cosiddetto "effetto Bosenova" Quando l'energia di interazione è minimizzata, gli atomi sono in grado di respingersi invece di attrarsi l'un l'altro; questo permette loro di allinearsi verticalmente e regolarmente lungo una struttura unidimensionale. Il sistema che ne risulta è stabile. I ricercatori hanno osservato un sorprendente effetto, quando le interazioni venivano cambiate, da fortemente repulsive in fortemente attrattive. Hanno ottenuto "una fase esotica, gassosa, nella quale gli atomi erano eccitati e messi in correlazione ma non si riunivano e l'"effetto Bosenova" era assente", ha detto il dott. Naegerl. Secondo il co-ricercatore Elmar Haller dell'Università di Innsbruck, questa fase era stata preannunciata quattro anni fa. "Adesso siamo riusciti per la prima volta a realizzarla in un esperimento," ha dichiarato. L'assetto sperimentale sarà usato in studi futuri per esaminare le proprietà dei fili quantici, che fino ad ora sono stati estremamente difficili da osservare. Ulteriori ricerche sulle strutture basso dimensionali potrebbero far luce sul funzionamento di superconduttori ad alta temperatura. Lo studio ha ricevuto finanziamenti dal programma EuroQUASAR ("Funding initiative for multidisciplinary research in the field of quantum standards and metrology") della Fondazione europea della scienza attraverso il progetto collettivo di ricerca "Quantum-degenerate gases for precision measurements". Uno dei ricercatori ha inoltre ricevuto il sostegno di una borsa internazionale Marie Curie di accoglienza del 7º PQ.
Paesi
Austria