Fisica

Sviluppati sensori quantici per misurare molecole

Sviluppati sensori quantici per misurare molecole

I ricercatori dell'Università Leibniz Hannover e Physikalisch-Technische Bundesanstalt sviluppano sensori quantici più sensibili per misurazioni molecolari.

Per secoli, gli esseri umani hanno ampliato la loro comprensione del mondo attraverso misurazioni sempre più precise della luce e della materia. Oggi i sensori quantici ottengono risultati estremamente accurati. Un esempio di questo è lo sviluppo di orologi atomici, che non dovrebbero né guadagnare né perdere più di un secondo in trenta miliardi di anni. Le onde gravitazionali sono state rilevate anche tramite sensori quantistici, in questo caso utilizzando interferometri ottici.

I sensori quantistici possono raggiungere sensibilità che sono impossibili secondo le leggi della fisica convenzionale che governa la vita di tutti i giorni. Questi livelli di sensibilità possono essere raggiunti solo se si entra nel mondo della meccanica quantistica con le sue affascinanti proprietà - come il fenomeno della sovrapposizione, in cui gli oggetti possono essere in due posti contemporaneamente e dove un atomo può avere due diversi livelli di energia allo stesso livello tempo.

Sia generare che controllare tali stati non classici è estremamente complesso. A causa dell'alto livello di sensibilità richiesto, queste misurazioni sono soggette a interferenze esterne. Inoltre, gli stati non classici devono essere adattati a uno specifico parametro di misurazione.

Il dottor Fabian Wolf, assieme al team di ricercatori dell'Università Leibniz di Hannover, Physikalisch-Technische Bundesanstalt di Braunschweig e dell'Istituto nazionale di ottica di Firenze, ha introdotto un metodo basato su uno stato non classico adattato a due parametri di misurazione contemporaneamente. Egli afferma: “sfortunatamente, questo spesso determina una maggiore inesattezza rispetto ad altri parametri di misurazione rilevanti. Questo concetto è strettamente legato al principio di indeterminazione di Heisenberg.”

Gli esperimenti rivelano la fisica dell'evaporazione

Gli esperimenti rivelano la fisica dell'evaporazione

Durante il processo della fisica dell'evaporazione i cambiamenti di pressione, più della temperatura, influenzano fortemente la velocità con cui i liquidi si trasformano in gas.

È un processo così fondamentale per la vita di tutti i giorni - in ogni cosa, dalla tua caffettiera mattutina alla grande centrale elettrica - che spesso è dato per scontato: il modo in cui un liquido si allontana da una superficie calda.

Eppure sorprendentemente, questo processo di base è stato solo ora, per la prima volta, analizzato in dettaglio a livello molecolare, in una nuova analisi del dottor Zhengmao Lu, (1) del del Massachusetts Institute of Technology, professore di ingegneria meccanica e capo del dipartimento della scienziata Evelyn Wang, (2) e altri tre al Massachusetts Institute of Technology e all'Università di Tokyo. Lo studio appare sulla rivista Nature Communications.

La dottoressa Evelyn Wang spiega: “Si scopre che per il processo di cambiamento di fase liquido-vapore, una comprensione fondamentale è ancora relativamente limitata. Sebbene siano state sviluppate molte teorie, in realtà non ci sono prove sperimentali dei limiti fondamentali della fisica dell'evaporazione. È un processo importante da capire perché è così onnipresente. L'evaporazione è prevalente in diversi tipi di sistemi come la generazione di vapore per centrali elettriche, le tecnologie di desalinizzazione dell'acqua, la distillazione a membrana e la gestione termica, come ad esempio i tubi di calore. Ottimizzare l'efficienza di tali processi richiede una chiara comprensione delle dinamiche in gioco, ma in molti casi gli ingegneri fanno affidamento su approssimazioni o osservazioni empiriche per guidare le loro scelte di materiali e condizioni operative.”

Utilizzando una nuova tecnica per controllare e rilevare le temperature sulla superficie di un liquido, i ricercatori sono stati in grado di identificare un insieme di caratteristiche universali correlate ai cambiamenti di tempo, pressione e temperatura che determinano i dettagli del processo di evaporazione. Nel processo, hanno scoperto che il fattore chiave, che determinava la velocità di evaporazione del liquido, non era la differenza di temperatura tra la superficie e il liquido ma piuttosto la differenza di pressione tra la superficie del liquido e il vapore ambientale.

Esiste solo la percezione del tempo

Il tempo è l’unico concetto soggettivo che non è un concetto fisico reale. È chiara quindi l’idea che il tempo non è un concetto fisico valido

Il tempo – come concetto valido in fisica – non esiste. Questi articoli intendono chiarire e mostrare come ciò aiuti a comprendere vari altri concetti della fisica.

Il principio sottostante è il positivismo. Questo chiarisce i “potenziali elettromagnetici avanzati”, l’equilibrio nell’uso delle trasformazioni covarianti, la natura dei buchi neri e il Big Bang. Si discuterà anche della natura di Dio e se ne mostrerà la coerenza con l’idea che il tempo non esista. Saranno anche aggiunti commenti su scienza e religione. Infine, una discussione sulla natura della scienza e sulla funzione d’onda dell’universo, dimostrerà che tutta la nostra conoscenza fino ad ora è necessariamente incompleta.

Una delle idee fondamentali della fisica è il positivismo logico. Una dichiarazione ha senso se, e solo se, può essere dimostrata vera o falsa, almeno in linea di principio, attraverso l’esperienza. Una teoria della fisica è un sistema matematico, i cui concetti possono essere misurati o osservati sperimentalmente. Un concetto che non può essere osservato, per principio non esiste.

Prendiamo il concetto di tempo. Noi tutti crediamo nella realtà di questo concetto fisico. Misuriamo il tempo usando gli orologi. Tuttavia, ulteriori analisi mostrano che questo significa che non possiamo osservare, in linea di principio, il passato. Anche quando guardiamo immagini che riprendono eventi passati, quello che stiamo facendo è guardare delle immagini nel presente. Il passato esiste, solo nel senso di una sua immagine che esiste adesso. Il futuro, naturalmente, non esiste ancora. E se né il passato né il futuro esistono come concetti validi in fisica, allora neanche il tempo può essere considerato tale.

Quando i fisici parlano del tempo, parlano di misurazioni effettuate mediante orologi. Consideriamo i diversi stati temporali che descrivono un esperimento fisico. Anche se il tempo esiste nelle equazioni, l’unica realtà è il presente. Il tempo nelle equazioni della fisica è solo una variabile intermedia, non una vera quantità fisica.

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