Rivelazioni sul caos quantistico in un gas ultrafreddo
Un laboratorio specializzato dell'Università di Innsbruck ha identificato con successo il comportamento caotico degli atomi utilizzando un gas ultrafreddo. Questa innovazione potrebbe consentire ai fisici di capire meglio il mondo della meccanica quantistica. In relativamente poco di tempo, lo studio dei gas ultrafreddi è diventato uno dei campi più interessanti e potenzialmente significativi della fisica atomica e molecolare. Questo perché, in un mondo ultrafreddo, gli scienziati possono controllare e osservare gli atomi in un modo che è non possibile in altre condizioni. Nei laboratori, dove le temperature sono misurate in micro o nano kelvin (un milionesimo o addirittura miliardesimo sopra lo zero assoluto), il movimento degli atomi è incredibilmente lento e il loro comportamento variabile. Questo permette ai fisici di comprendere meglio il mondo della fisica quantistica (ovvero ciò che accade su scala subatomica o nanoscopica). Infatti, se si raggiungono temperature sufficientemente basse, gli atomi formano un nuovo stato della materia che è governato dalla meccanica quantistica. Un laboratorio con attrezzature per svolgere ricerche in condizioni ultrafredde si trova presso l'Istituto di fisica sperimentale dell'Università di Innsbruck. Una ricerca rivoluzionaria svolta presso il laboratorio - finanziata nell'ambito del progetto ERBIUM del 7° PQ - ha identificato il comportamento caotico delle particelle in un gas quantistico. Si tratta di una scoperta importante che offre nuove possibilità di osservazione delle interazioni tra particelle quantistiche. "Per la prima volta siamo riusciti a osservare il caos quantistico nel comportamento di diffusione degli atomi ultrafreddi", spiega il leader del team Francesca Ferlaino. "Il nostro lavoro rappresenta un punto di svolta nel mondo dei gas ultrafreddi". Osservare il comportamento casuale Per i fisici caos non significa disordine, ma piuttosto un sistema ben ordinato che, a causa della sua complessità, mostra un comportamento casuale. Per osservare il caos quantistico, i fisici a Innsbruck hanno raffreddato atomi di erbio (un elemento metallico di colore bianco-argenteo) a poche centinaia di nano kelvin, e li hanno caricati in una trappola composta da raggi laser. Hanno quindi utilizzato un campo magnetico per incoraggiare le particelle a disperdersi, e dopo 400 millisecondi hanno registrato il numero di atomi rimanenti nella trappola. Ciò ha permesso al team di determinare a quale campo magnetico due atomi vengono accoppiati per formare una molecola debolmente legata. A tale campo magnetico, emergono le cosiddette risonanze di Fano-Feshbach. Dopo aver variato il campo magnetico in ogni ciclo sperimentale e ripetendo l'esperimento 14 000 volte, i fisici hanno identificato 200 risonanze, una quantità senza precedenti nei gas quantistici ultrafreddi. Gli scienziati sono riusciti a dimostrare che le proprietà particolari dell'erbio causano un comportamento di accoppiamento delle particelle molto complesso che potrebbe essere descritto come caotico. L'erbio è relativamente pesante e ha un carattere fortemente magnetico, e l'interazione tra due atomi di erbio si è rivelata molto diversa rispetto agli altri gas quantistici studiati finora. Benché l'esperimento non sia riuscito a caratterizzare il comportamento dei singoli atomi, ha consentito al team di descrivere il comportamento delle particelle, impiegando metodi statistici complessi. La prof.ssa Ferlaino paragona il metodo alla sociologia, che studia il comportamento delle comunità più grandi di persone (mentre la psicologia descrive le relazioni tra gli individui). La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature. "Nell'esperimento, un gas ultrafreddo di atomi di erbio ha mostrato un alto numero di risonanze di Fano-Feshbach", riassume il team. "L'analisi conferma che la distribuzione delle distanze tra primi vicini è quella che ci si aspetterebbe dalla teoria delle matrici casuali... i nostri risultati rivelano quindi un comportamento caotico nell'interazione nativa tra atomi ultrafreddi".Per maggiori informazioni, visitare: Istituto di fisica sperimentale dell'Università di Innsbruck http://www.ultracold.at/
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Austria