20-Maggio-2009

Gli atomi e le particelle posti in un fascio di luce sono liberi e indisciplinati. Per l’effetto tunnel quantistico, passano infatti il loro tempo a svanire e poi riapparire altrove in modo del tutto autonomo, con una libertà che crea non pochi grattacapi agli scienziati. I risultati delle ricerche di Hans Lignier ed Oliver Morsch del CNR-INFM, in collaborazione con Alessandro Zenesini e Donatella Ciampini del CNISM nel gruppo di ricerca diretto da Ennio Arimondo presso l’Università di Pisa, indicano però come tenere le particelle a freno in modo semplice e ingegnoso. La ricerca è pubblicata su Physical Review Letters.

Tutto ha inizio da un cristallo di luce, una struttura simile a una ragnatela formata da raggi laser riflessi da specchi, con cui gli scienziati creano le strutture tridimensionali di cui hanno bisogno. In questi fasci di luce vengono successivamente depositati atomi allo scopo di studiarne le proprietà.

A questo punto però l’effetto tunnel quantistico si fa sentire intralciando il lavoro degli scienziati, dato che sposta continuamente gli atomi dalle loro posizioni. Già lo scorso anno Morsch e colleghi avevano scoperto che facendo vibrare gli specchi e tramite essi anche i fasci laser, in pratica assestando una bella botta al sistema, si potevano "congelare" gli atomi al loro posto. Ma era un metodo ancora troppo grossolano come meccanismo di controllo nei cristalli di luce laser.

Oggi però, i ricercatori sono stati in grado di affinarlo, traducendolo in uno straordinario strumento per la ricerca. Sono infatti riusciti a rendere questo effetto graduale, in modo da poter agire sulla libertà del tunnelling come se questo avesse una manopola di regolazione.

In pratica, se si immaginano le particelle o gli atomi dotati di un guinzaglio che ne limita la libertà, da oggi è possibile allungare e accorciare questo guinzaglio a piacimento, semplicemente modulando la scossa che si trasmette al sistema. E non soltanto si controlla la libertà che le particelle hanno, ma anche la loro disposizione precisa: il tipo di scossa costringe infatti gli atomi nei fasci di luce a sistemarsi in posizioni precise e prevedibili. Al punto che si può usare questo meccanismo non solo per fermarne il tunnelling a piacere, ma anche per ridisporli con facilità nel cristallo di luce.

"Questi cristalli di luce – ha commentato Morsch – sono uno strumento straordinario per i fisici, perché rendono possibile studiare teorie ed effetti inaccessibili al calcolo al computer, come quelli legati ai superconduttori funzionanti a temperatura ambiente. Questi cristalli sono simulatori quantistici, e adesso diventerà molto, molto più semplice usarli e configurarli a piacere, cosa che ha un valore enorme per i fisici".
E detta in un modo più leggero? Morsch rispiega per i meno tecnici: "Immaginiamo questi cristalli di luce come vere e proprie scatole di uova, e le uova sono le particelle che noi intrappoliamo nella luce. Quello che abbiamo scoperto è che, scuotendo le scatole, invece di fare una frittata, sistemiamo tutte le uova nel modo voluto".

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Immagine:

Eric DUYCKAERTS
"Enorme labirinto di vetro"

Palazzo degli Specchi e delle Scoperte
Padiglione belga
Biennale di Venezia, 2007