La dinamica quantistica dei sistemi atomici e molecolari
In virtù del carattere unico delle loro proprietà quantistiche, gli atomi eccitati negli stati di Rydberg ad alto numero quantico sono stati al centro del progetto DWBQS (Dynamics of weakly bound quantum systems), finanziato dall’UE. Le orbite ad alto numero quantico principale presentano dimensioni decisamente superiori rispetto al restante nucleo ionico, conferendo agli atomi di Rydberg dimensioni molto grandi, nonché un livello di estrema reattività e di elevata suscettibilità a campi e collisioni. L’esplorazione degli stati e dei sistemi di Rydberg è stata oggetto di numerosi esperimenti concepiti allo scopo di far luce sulle nuove fasi quantistiche e sulle proprietà collettive nei sistemi a n corpi. Nell’ambito dell’iniziativa DWBQS, gli scienziati hanno analizzato i meccanismi di trasferimento e di rottura nei sistemi atomici e molecolari eccitati attraverso l’impatto di fotoni e particelle. Grazie all’utilizzo di campi laser e all’induzione di collisioni tra gli ioni, gli esperti hanno osservato l’entanglement quantistico, un fenomeno descritto da Albert Einstein come una “spaventosa azione a distanza”. Si tratta di un evento che si verifica curiosamente nel momento in cui due particelle elementari rimangono connesse in modo tale che a un’azione su una particella corrisponde un effetto sull’altra, indipendentemente dalla distanza che intercorre tra di esse. Inoltre, gli scienziati hanno studiato una classe particolare di stati diatomici a lungo raggio giungendo a elaborare preziose intuizioni sulle dinamiche dei pacchetti d’onda Rydberg. L’eccitazione dallo stato fondamentale a una sovrapposizione coerente di stati di Rydberg ad alto numero quantico crea un pacchetto d’onda elettronico. I pacchetti d’onda nei sistemi auto-ionizzanti (in grado, cioè, di emettere spontaneamente gli elettroni) sono stati prodotti da un impulso laser perturbante. I membri del progetto hanno inoltre studiato la risposta delle molecole diatomiche nello stato fondamentale ai campi elettromagnetici rapidi, resistenti e dipendenti dal tempo. L’analisi dei dati sperimentali ha dimostrato pienamente la correlazione diretta tra processi multielettronici e generazione di stati auto-ionizzanti attraverso collisioni a energia intermedia. Gli sviluppi teorici e le osservazioni sperimentali eseguiti nell’ambito del progetto DWBQS si riveleranno strumenti estremamente preziosi ai fini della comprensione dei fenomeni utilizzati dai sistemi di elaborazione delle informazioni quantistiche. Nello specifico, gli studi sull’entanglement quantistico potranno basarsi su ipotesi mirate in grado di fornire risultati precisi e interpretabili.