Università di Firenze: nuovo strumento esplora la fisica quantistica
Un nuovo dispositivo sviluppato dall’Università di Firenze consente di esplorare i confini tra fisica classica e quantistica.
Uno studio pubblicato sulla rivista scientifica Optica descrive lo sviluppo di una nuova apparecchiatura sperimentale che permette di osservare simultaneamente fenomeni tipici della fisica classica e della fisica quantistica. Il dispositivo, realizzato a Firenze, è frutto della collaborazione tra il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università degli Studi di Firenze, l’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr-Ino), il Laboratorio Europeo di Spettroscopia non Lineare (LENS) e la sezione fiorentina dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), all’interno del partenariato esteso “National Quantum Science and Technology Institute” (NQSTI).
Lo studio della materia su scala sempre più ridotta rivela comportamenti radicalmente differenti rispetto a quelli macroscopici, ed è proprio qui che la fisica quantistica fornisce strumenti essenziali per comprendere le proprietà della materia nel mondo subatomico. Se fino ad oggi questi fenomeni sono stati analizzati separatamente, il nuovo strumento sviluppato dai ricercatori del Cnr-Ino consente di indagare sperimentalmente il comportamento della materia da entrambi i punti di vista. Il dispositivo si basa sulla levitazione di nano-oggetti all’interno di un fascio laser fortemente focalizzato, un fenomeno che permette alla luce di “intrappolare” particelle microscopiche. Questa tecnica, osservata dagli anni ’80 e perfezionata dal fisico statunitense Arthur Ashkin, premiato nel 2018 con il Nobel per la Fisica, è stata impiegata dal team italiano guidato da Francesco Marin (Università di Firenze e Cnr-Ino) per trattenere, con fasci di luce di colori diversi, una coppia di nanosfere di vetro. All’interno della trappola ottica, queste oscillano intorno al proprio punto di equilibrio con frequenze specifiche, consentendo di rilevare sia fenomeni classici che quantistici, spesso contro-intuitivi.
“Questi nano-oscillatori sono tra i pochi sistemi in cui possiamo studiare il comportamento di oggetti macroscopici in modo estremamente controllato”, spiega Marin. “Le sfere sono elettricamente cariche e interagiscono tra loro, rendendo la traiettoria di una dipendente dall’altra. Questo apre nuove prospettive per lo studio dei nano-sistemi interagenti, sia nel regime classico che in quello quantistico, permettendo di esplorare sperimentalmente il confine tra i due mondi”.
La ricerca è stata resa possibile grazie al supporto del Ministero dell’Università e della Ricerca, con fondi dell’Unione Europea nell’ambito del programma NextGenerationEU (PNRR – Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza). Due progetti hanno finanziato il lavoro: il partenariato “National Quantum Science and Technology Institute” (NQSTI), che riunisce le principali istituzioni italiane attive nella ricerca sulle scienze e tecnologie quantistiche con un finanziamento di 116 milioni di euro in tre anni, e l’infrastruttura “Integrated Infrastructure Initiative in Photonic and Quantum Science” (I-PHOQS), che collega centri di eccellenza nei settori della fotonica, nanotecnologie e tecnologie quantistiche con un investimento di 50 milioni di euro nello stesso arco di tempo. Tra gli enti proponenti figurano il Consiglio Nazionale delle Ricerche e il Politecnico di Milano.
