Pisa: dalla fisica quantistica nuove tecnologie per studiare l'universo

I ricercatori dell'Università pisana studiano una nuova classe di dispositivi per misure di precisione estremamente sofisticate

Uno studio teorico realizzato dai ricercatori dell'Università di Pisa apre nuove frontiere nelle tecnologie quantistiche, che possono arrivare a produrre dispositivi sempre più precisi per studiare l'universo. La ricerca, pubblicata sulla rivista Physical Review Letters della American Physical Society, è condotta da Leonardo Lucchesi e da Marilù Chiofalo dell'Ateneo di Pisa. L'obiettivo è mettere a punto una nuova classe di dispositivi per misure di precisione estremamente sofisticate, interferometri atomici che usano stati quantistici della materia come strumenti per verifiche della relatività generale e dunque di larga parte della nostra attuale comprensione del funzionamento dell’Universo.

Al centro dello studio ci sono i fermioni, le particelle quantistiche che prendono il nome da Enrico Fermi, alle quali sono associate le onde di probabilità di essere in un certo spazio ad un dato tempo: due di questi fermioni possono essere preparati in modo da continuare a condividere determinate caratteristiche anche se allontanati a grande distanza, come se le loro onde di probabilità fossero irrimediabilmente aggrovigliate tra loro, il cosiddetto entanglement" In sostanza, si esemplifica, è come lanciare due dadi garantendo che il numero che esce su uno è lo stesso dell'altro.

Nello studio il concetto è esteso a un insieme di moltissimi atomi di natura fermionica: "Usando la duplice natura delle correlazioni tra atomi - spiega Chiofalo - è come se le onde di probabilità dei molti atomi entangled formassero un ciuffo di capelli non pettinato per anni. Paradossalmente, mentre l'entanglement potenzia le caratteristiche quantistiche e dunque probabilistiche dello stato (tanto che non sappiamo come sia fatto), sappiamo però che ne riduce l'incertezza al livello utile per l'uso in un interferometro atomico, in sostanza un dispositivo quantistico concepito per misure di altissima precisione".

Il lavoro si inserisce in una fiorente ricerca internazionale mirata a migliorare le prestazioni di questi dispositivi quantistici per indagare questioni fondamentali per comprendere l'universo, attraverso per esempio la rivelazione di onde gravitazionali e della materia oscura, o test di relatività generale.
"Trasmettiamo due messaggi cruciali - conclude Lucchesi - perché dimostriamo che l'interazione degli atomi anche a cortissima distanza, riesce a potenziare le proprietàdi entanglement utili a ridurre l'incertezza quantistica dello stato di molti atomi e stabiliamo un metodo non convenzionale per caratterizzare le fasi quantistiche di un sistema di molti atomi, di fatto estendendo peraltro il concetto di informazione quantistica di Fisher".

28/08/2019