Dispositivo innovativo per lo studio della fisica quantistica e classica
Un gruppo di scienziati fiorentini ha sviluppato un dispositivo all’avanguardia che consente di studiare simultaneamente la fisica quantistica e quella classica. Questa innovazione apre nuove strade nella comprensione dei fenomeni fisici, grazie all’uso di nanosfere levitanti intrappolate in fasci laser. I ricercatori possono così osservare comportamenti della materia mai documentati prima, contribuendo a svelare i misteri del mondo quantistico.
Un ponte tra fisica classica e quantistica
Un recente studio pubblicato sulla rivista scientifica Optica presenta un dispositivo sperimentale concepito per colmare il divario tra fisica classica e quantistica. Questo strumento, sviluppato presso l’Istituto Nazionale di Scienza e Tecnologia Quantistica (NQSTI) di Firenze, permette di analizzare fenomeni provenienti da entrambi i regni in un’unica configurazione sperimentale. Il progetto è frutto di una collaborazione tra:
- Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Firenze
- Istituto Nazionale di Ottica (CNR-INO)
- Laboratorio Europeo di Spettroscopia Nonlineare (LENS)
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)
Comportamento sorprendente della materia a scale ridotte
Con l’avanzare delle indagini scientifiche sulla materia a scale minute, emerge un cambiamento radicale nel comportamento delle particelle rispetto al mondo macroscopico. La fisica quantistica rivela il suo potenziale, offrendo nuove intuizioni sulla natura della materia a livelli estremamente ridotti. Fino ad oggi, i fenomeni classici e quantistici sono stati studiati in modo isolato, ma il nuovo dispositivo consente di esaminare entrambe le dimensioni in un unico esperimento.
Levitazione di oggetti a scala nanometrica
Il dispositivo sfrutta la levitazione di oggetti su scala nanometrica attraverso un fascio laser altamente focalizzato. Questo processo, noto come intrappolamento ottico, si basa sulla capacità della luce di manipolare e trattenere particelle microscopiche. Introdotta per la prima volta negli anni ’80, questa tecnica ha visto un notevole progresso grazie al lavoro pionieristico del fisico Arthur Ashkin, vincitore del Premio Nobel per la Fisica nel 2018.
Intrappolamento della luce e osservazione del regno quantistico
Il team di ricerca, guidato da Francesco Marin dell’Università di Firenze e del CNR-INO, ha applicato la tecnica di intrappolamento ottico per catturare simultaneamente due nanosfere di vetro utilizzando fasci di luce di diverse lunghezze d’onda. All’interno di questo sistema, le sfere oscillano attorno a un punto di equilibrio con frequenze specifiche, permettendo di osservare sia i comportamenti classici che quelli quantistici, spesso caratterizzati da risultati controintuitivi.
Indagare il comportamento degli nano-oscillatori
Questi nano-oscillatori rappresentano uno dei pochi sistemi in cui è possibile studiare il comportamento di oggetti macroscopici in un contesto altamente controllato. Come sottolinea Marin, le sfere sono cariche elettricamente e interagiscono tra loro, il che significa che il movimento di una sfera è fortemente influenzato dall’altra. Questa interazione apre la strada a studi approfonditi su nanosistemi che operano collettivamente nei regimi classici e quantistici.
Sostenibilità e finanziamento della ricerca
Il progetto ha beneficiato del supporto di iniziative finanziate dal Ministero dell’Università e della Ricerca, con fondi dell’Unione Europea nell’ambito del programma #NextGenerationEU (PNRR – Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza). Queste iniziative includono l’Istituto Nazionale di Scienza e Tecnologia Quantistica (NQSTI) e l’Iniziativa di Infrastruttura Integrata in Scienza Fotonica e Quantistica (IPHOQS), che hanno reso possibile la realizzazione di questa ricerca innovativa.
Riferimento
Coulomb coupling between two nanospheres trapped in a bichromatic optical tweezer di F. Marino, Q. Deplano, F. Marin, A. Pontin e A. Ranfagni, 19 dicembre 2024, Optica. DOI: 10.1364/OPTICA.538760.
