Fisica quantistica

L’Antartide non finirà mai di stupire e regalare nuove sorprese. Il continente più gelido, remoto e inospitale della Terra, con temperature che toccano anche i -80 gradi centigradi, potrebbe nascondere un vero e proprio museo archeologico, sotto la spessa coltre di ghiaccio che avvolge il 95 per cento del suo territorio e che raggiunge una profondità media di oltre 2000 metri. Qui, 4 mila scienziati, di 46 paesi del mondo, conducono da oltre cinquant’anni le ricerche più impensabili e l sempre in questo luogo avvengono strani e incredibili fenomeni scientifici, alcuni dei quali ancora inspiegabili.

È ciò che è accaduto a un team di scienziati britannici e statunitensi lo scorso mese di maggio. 

Gli studiosi stavano lavorando a un comune progetto di climatologia quando hanno assistito a un evento da film di fantascienza: un insolito vortice, stazionava in quota senza mai muoversi di un solo centimetro, nonostante le elevate raffiche di vento spostassero le nuvole tutt’intorno.

Due ricercatori dell’Istituto dei sistemi complessi del Cnr di Firenze e dell’Università dell’Insubria (Como) hanno dimostrato teoricamente che è possibile creare dei percorsi “a senso unico” per la luce e il suono, esplorando le nuove frontiere della fisica non lineare. La scoperta, pubblicata su ‘Physical Review Letters’, prelude ad applicazioni nel campo dei computer quantistici e dell’acustica

Normalmente la luce non ha una direzione di propagazione preferenziale e si può trasmettere con uguale intensità, per esempio, da destra a sinistra o viceversa. Ma esistono materiali detti ‘non lineari’ che, al contrario di quelli tradizionali, ne permettono il passaggio da alcune direzioni e non da altre, producendo un percorso ‘a senso unico’ per le onde luminose.

Negli anni quaranta, Dennis Gabor, premio Nobel per la fisica, sviluppò una teoria matematica che solo venti anni dopo, grazie allo sviluppo tecnologico, poté essere meglio esposta e compresa. Essa infatti richiedeva l’invenzione del laser, per apparire in tutta la sua strabiliante originalità. Stiamo parlando di quella che potrebbe rivelarsi la scoperta più sconvolgente nella storia del pensiero scientifico contemporaneo, la quale aprirebbe scenari e possibilità mai ipotizzate prima d’ora.

“Nel 1982” – spiega il Prof. Richard Boylan, “un équipe di ricerca dell’Università di Parigi, diretta dal fisico Alain Aspect, ha condotto quello che potrebbe rivelarsi il più importante esperimento del ventesimo secolo.

Foto: interferenza del fluido di luceUno studio italo-francese ha evidenziato le straordinarie proprietà di un fluido di luce e rilevato per la prima volta fenomeni idrodinamici come i ‘solitoni’, onde solitarie e 'infinite'. Frutto della collaborazione tra ricercatori dell'Istituto nanoscienze e dell'Istituto nazionale di ottica del Cnr, è pubblicato su Science

Un team italo-francese ha osservato le straordinarie proprietà di un fluido di luce. I ricercatori - Iacopo Carusotto dell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Ino-Cnr), Daniele Sanvitto dell’Istituto nanoscienze (Nano) del Cnr di Lecce, con i colleghi Alberto Bramati e Alberto Amo dell'Università Paris6 e Cristiano Ciuti dell'Università Paris7 e Cnrs - hanno scoperto in un fluido di fotoni confinato in una nanostruttura fenomeni quantistici idrodinamici finora predetti soltanto dalla teoria, come i ‘solitoni’, una sorta di onde solitarie e permanenti.

Un sistema per intrappolare e riordinare, in modo graduale, gli atomi presenti in un cristallo di luce laser. È quello messo a punto da un gruppo di fisici pisani. Una scoperta che rende più semplice l'uso di questi cristalli come simulatori quantistici, per studiare fenomeni inaccessibili al calcolo del computer, come la superconduttività a temperatura ambiente. La ricerca è stata pubblicata su Physical Review Letters.*

Le possibili applicazioni commerciali delle reti quantistiche.

Negli ultimi anni il fisico austriaco Anton Zeilinger è riuscito a far rimbalzare dei fotoni «aggrovigliati» sui satelliti in orbita e a rendere possibile l’esistenza di molecole da sessanta atomi di fullerene in sovrapposizione quantistica, in pratica una sorta di nuvola costituita da tutte le possibili posizioni e stati energetici nello spazio-tempo locale. Ora lo scienziato spera di tentare la stessa «acrobazia» con batteri centinaia di volte più grandi. Nel frattempo, Hans Mooij dell’Università Tecnologica di Delft, nei Paesi Bassi, e Seth Lloyd, direttore del Centro per la teoria dell’informazione quantistica estrema presso il MIT, hanno creato degli stati quantistici

L'intreccio nel mondo quantistico: dalle particelle alla coscienza

Un quadro completo e aggiornato sul meccanismo fisico della Non-Località (Entanglement), per come può essere osservato nel mondo delle particelle elementari, nel mondo biologico e nella mente umana.

Alcuni ricercatori negli Stati Uniti sono riusciti a ridurre la velocità di gruppo della luce di un fattore superiore a 100 in un nuovo cristallo fotonico bidimensionale. Halice Altug e Jelena Vuckovic dell'Università di Stanford sostengono che il dispositivo potrebbe essere usato per un gran numero di applicazioni e componenti ottiche, compresi laser a cristalli fotonici di alta potenza con soglie molto basse.

Un team di fisici, dell'istituto statunitense di ricerca National Institute of Standards and Technology (NIST), sono riusciti ad evitare collegamenti fisici per teletrasportare alcune caratteristiche peculiari di un atomo a un altro. In pratica, sono stati trasferiti gli “stati quantici” di atomi non uniti.

Un cervello umano artificiale sarà possibile entro i prossimi 10 anni. Questo il parere del professor Henry Markram, che ha annunciato ai suoi colleghi ricercatori durante la conferenza TED (Technology Entertainment Design) ad Oxford che una prima replicazione di parte del cervello di un ratto era stata svolta con successo.

Grande mistero del pianeta e nuova frontiera della fisica

L'affascinante mondo dei fenomeni di luce illustrato e interpretato da un brillante e coraggioso astrofisico, da anni impegnato nello studio degli eventi luminosi visibili dal nostro pianeta. 

Un manuale metodologico e tematico che affronta non solo aloni, glorie, miraggi notturni, illusioni ottiche, fuochi fatui, fulmini ad alta quota o meteore – visioni senza dubbio seducenti alle quali però la scienza tradizionale è già in grado di offrire esaurienti spiegazioni – ma anche e soprattutto i veri enigmi dell'atmosfera e della litosfera, quei fenomeni che per le attuali leggi della fisica rimangono ancora avvolti nel mistero.

Fisici della Stanford University

e degli NTT Basic Research Laboratories, hanno messo a punto una sorgente che può produrre una emissione “a comando” e fotoni uguali. Dispositivi con queste peculiarità potrebbe essere impiegati nei calcolatori quantistici e nell'analisi della natura quantistica della luce. 

L'individuazione di un importante effetto di interferenza quantistica fra due fotoni rappresenta una valida metodologia per verificare l'indistiguibilità dei fotoni provenienti da una sorgente di fotoni singoli.

Considerando che un singolo qubit, basato su nanomatriali superconduttori, è all'incirca grande quanto un capello umano, 2 qubits possono essere fabbricati su un singolo microchip al silicio di circa un pollice cubico. 

La ricerca scientifica parla di qubits basati su dei nano-superconduttori chiamati “Josephson junctions” (giunzioni di Josephson) che consistono di due pezzi di metallo separati da una sottile regione che supporta un “superflusso” di corrente.