Una nuova generazione di esperimenti si propone di fornire una risposta all’interrogativo sulla gravità quantistica
La meccanica quantistica e l’interazione gravitazionale costituiscono due teorie consolidate, utilizzate per descrivere gran parte dell’universo fisico. Tuttavia, entrambe le teorie si basano su principi reciprocamente esclusivi, che fanno sorgere la domanda: «la gravità ha bisogno di una descrizione quantistica?» «Si tratta di una domanda sperimentale, a cui attualmente non è possibile rispondere tramite prove sperimentali», afferma Markus Aspelmeyer, fisico quantistico presso l’Università di Vienna. Per riuscire a fornire una risposta a tale domanda, Aspelmeyer è alla guida del progetto QLev4G, finanziato dall’UE. Questo progetto, sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, si propone di introdurre un nuovo approccio sperimentale basato sul controllo quantistico di particelle allo stato solido levitate. In questo modo, i ricercatori si auspicano di gettare le basi per l’esecuzione di una nuova generazione di esperimenti in grado di rispondere all’interrogativo relativo alla gravità quantistica. «Da un lato, la nostra intenzione era capire quanto potessimo rimpicciolire un oggetto, riuscendone comunque a misurare il campo gravitazionale», spiega Aspelmeyer. «Dall’altro, volevamo percorrere la strada opposta e capire quanto potessimo ingigantire un oggetto, riuscendone tuttavia a osservare il comportamento quantistico». In teoria, la risposta a questi interrogativi porterà i ricercatori a effettuare esperimenti che permetteranno loro di sondare il campo gravitazionale prodotto da un oggetto quantistico.
Progressi considerevoli su due fronti
Secondo Aspelmeyer, il progetto ha compiuto dei notevoli passi in avanti sia sul fronte quantistico sia su quello della gravità. «Per quanto riguarda la gravità, siamo riusciti a misurare il campo gravitazionale della massa sorgente finora più piccola durante un esperimento: si tratta di una minuscola sfera d’oro di un raggio di appena 1 mm e una massa di 90 mg», osserva. «Mentre i tipici esperimenti sulla gravità impiegano masse che sono almeno 10 000 volte più grandi». Dal punto di vista quantistico, i ricercatori si sono avvalsi di tecniche di raffreddamento laser provenienti dalla fisica atomica per la produzione dello stato quantistico fondamentale di moto di una perla di vetro da 150 nm. «È la prima volta che un oggetto allo stato solido di tali dimensioni abbia dato prova di un comportamento quantistico mentre si trovava in un locale a temperatura ambiente», aggiunge Aspelmeyer. Riportando le parole di Aspelmeyer, ciò che ha riservato loro la più grande sorpresa è stata la straordinaria sensibilità dell’apparecchio di misurazione della gravità del laboratorio. Egli afferma che il suo gruppo ha continuato a rilevare segnali inaspettati, originati dal traguardo della maratona della città di Vienna posto alla distanza di un miglio. Inoltre, sono riusciti a tarare il rumore a bassa frequenza utilizzando un segnale generato da un terremoto verificatosi in Turchia. «Siamo rimasti sbalorditi quando abbiamo scoperto che il nostro apparecchio era sensibile persino al campo gravitazionale dei tram di Vienna, che transitano a circa 70 metri dal nostro laboratorio», sottolinea Aspelmeyer.
Una nuova piattaforma al servizio di esperimenti quantistici macroscopici
Il progetto QLev4G è riuscito a rendere i solidi levitati una nuova piattaforma per esperimenti quantistici macroscopici. «Questo lavoro ci ha permesso di avvicinarci ulteriormente a esperimenti che indagano i fenomeni della gravità quantistica», conclude Aspelmeyer. «Mi auguro che il nostro lavoro sarà di ispirazione a coloro che vorranno accettare la sfida di individuare e di osservare la relazione tra gravità e quantistica». Su un versante, i ricercatori sono attualmente impegnati a misurare la gravità di masse di dimensioni ancora più ridotte, mentre sull’altro stanno creando uno stato quantistico il più grande possibile per oggetti quanto più massicci possibile. L’obiettivo finale è riuscire a isolare la gravità sotto forma di forza di accoppiamento tra oggetti che è possibile controllare nel regime quantistico.
Parole chiave
QLev4G, meccanica quantistica, interazione gravitazionale, esperimento quantistico macroscopico, gravità quantistica, fisica
