Un nuovo esperimento di fisica quantistica conferma le previsioni Schrödinger
In un recente sviluppo nel campo della fisica quantistica, un gruppo di scienziati è riuscito a catturare immagini nitide che mostrano gli atomi di litio comportarsi come onde, una dimostrazione impressionante che conferma la dualità onda-particella, uno dei principi fondamentali della meccanica quantistica. Queste immagini, ottenute tramite una nuova tecnica di imaging, rivelano come gli atomi, raffreddati a temperature vicine allo zero assoluto, appaiano come punti rossi luminosi che si trasformano in macchie sfocate, simili a pacchetti d’onda.
La ricerca, ancora in attesa di revisione paritaria e pubblicata sul server di preprint arXiv, potrebbe aprire nuove strade per l’osservazione di sistemi più complessi e contribuire a rispondere ad alcune delle domande fondamentali della fisica. Gli scienziati hanno utilizzato fotoni emessi da un laser per rallentare il moto degli atomi di litio, raffreddandoli a temperature prossime ai -273.15°C, quasi lo zero assoluto. Successivamente, hanno intrappolato gli atomi in una griglia ottica, utilizzando ulteriori laser per mantenerli in pacchetti discreti.
La tecnica impiegata consiste nell’alternare lo stato degli atomi tra una condizione quasi particellare e una ondulatoria, spegnendo e riaccendendo periodicamente la griglia ottica. Durante questi intervalli, gli atomi si espandono, assumendo una forma ondulatoria, per poi ritornare a uno stato più definito e particellare. Una telecamera microscopica ha registrato la luce emessa dagli atomi in questi diversi stati, permettendo agli scienziati di osservare e documentare la trasformazione e l’espansione delle onde nel tempo, in perfetta corrispondenza con l’equazione di Schrödinger.
Tarik Yefsah , fisico presso il Centro Nazionale della Ricerca Scientifica e l’École normale supérieure di Parigi, ha spiegato che il metodo di imaging utilizzato permette di proiettare ciascun pacchetto d’onda in un pozzo discreto della griglia, trasformandolo nuovamente in particella. Questo processo è paragonabile al modo in cui una fotocamera CCD campiona la densità della funzione d’onda, simile ai pixel di una fotocamera digitale.
Questa scoperta non solo conferma la dualità onda-particella proposta per la prima volta dal fisico francese Louis de Broglie nel 1924 e successivamente elaborata da Erwin Schrödinger nel 1926, ma apre anche la possibilità di esplorare sistemi atomici fortemente interagenti che sono meno compresi. Studiare tali sistemi potrebbe migliorare la nostra comprensione di stati della materia insoliti, come quelli presenti nei nuclei delle stelle di neutroni estremamente dense o nel plasma di quark-gluoni che si ritiene sia esistito subito dopo il Big Bang.
L’immagine ottenuta dagli scienziati rappresenta una semplice dimostrazione di questa tecnica, ma il passo successivo sarà utilizzarla per studiare sistemi di atomi che interagiscono fortemente, al fine di approfondire la nostra comprensione della materia e delle sue straordinarie proprietà nel contesto dell’universo quantistico.