Fisica

Mettendo in mostra un controllo preciso a livello quantistico, i fisici del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno sviluppato un metodo per fare in modo che un ione (atomo caricato elettricamente) mostri quantità esatte di movimento a livello quantico - qualsiasi quantità specifica fino a 100 pacchetti di energia o “quanti”, più di cinque volte il precedente massimo record di 17.

La meccanica quantistica, la teoria fondamentale del mondo atomico, afferma che l'energia viene rilasciata o assorbita in piccoli pacchi, o pacchetti, chiamati quanti. Gli atomi rilasciano energia luminosa irradiando fotoni o quanti di luce. Se catturati in una trappola dai ricercatori, l'energia motoria degli atomi viene trasportata dai fononi o quanti di movimento.

Oltre a creare singoli numeri di quanti, il team di scienziati del NIST ha controllato il movimento a pendolo del proprio ione per mostrare contemporaneamente due diverse quantità di quanti: zero (movimento minimo) più qualsiasi il numero fino a 18. Tale “sovrapposizione” di due stati è un segno distintivo del curioso mondo quantistico.

Pubblicati di recente su Nature, (1) i nuovi metodi potrebbero essere utilizzati con qualsiasi oscillatore meccanico quantistico, compresi i sistemi che oscillano come un semplice pendolo o vibrano come una molla.

Gli ingegneri progettano superfici che possono rimbalzare la pioggia prevenendo potenzialmente la formazione di ghiaccio o il ristagno dell'acqua.

In molti ambiti, gli ingegneri vogliono minimizzare il contatto di goccioline d'acqua o altri liquidi con le superfici su cui cadono. L'obiettivo è quindi quello di impedire che il ghiaccio si accumuli su un'ala di un aeroplano o una pala di una turbina, prevenire la dispersione di calore da una superficie durante la pioggia, prevenire l'accumulo di sale sulle superfici esposte agli spruzzi dell'acqua di mare. Far rimbalzare le goccioline il più velocemente possibile e ridurre al minimo la quantità di contatto con la superficie può essere la chiave per mantenere il corretto funzionamento dei sistemi.

Lo studio è descritto nella rivista ACS (1) Nano in un documento del dottor Henri-Louis Girard, del MIT, del post dottorato Dan Soto e del professore di ingegneria meccanica Kripa Varanasi. (2) Questo processo, spiegano gli autori, genera una serie di forme ad anello sollevate dalla superficie del materiale. Nel momento in cui la gocciolina cade, invece di scorrere piatta attraverso la superficie, schizza verso l'alto assumendo una configurazione a forma di ciotola.

Il lavoro è il seguito di un precedente progetto (3) del dottor Kripa Varanasi e del suo team. Essi ridussero il tempo di contatto delle goccioline su una superficie creando creste sollevate che interruppero il normale modello di diffusione delle gocce sul piano piatto. Il nuovo lavoro rappresenta un passo evolutivo del progetto in quanto permette di ottenere una maggiore riduzione del tempo di impatto tra la goccia e la superficie su cui essa va a collidere.

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.”