Osservato un nuovo stato della luce

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Rivolgendomi anche (e soprattutto) a chi è completamente a digiuno di cognizioni fisiche, quello che mi interessa è far capire perché la notizia su un nuovo stato dalle luce ottenuto in laboratorio, diffusa dal MIT e illustrata alla comunità scientifica sulla rivista Science si è guadagnata la copertina su praticamente ogni magazine di divulgazione scientifica.
La luce è composta da fotoni e fin qui forse ci siamo tutti, caratteristica dei fotoni è di essere poco (diciamo pure per nulla) interattivi: non hanno massa, non sono carichi elettricamente, quindi tendono a non interagire tra loro. Non trovo un esempio migliore e quindi rubo quello pubblicato nell’articolo del MIT (che comunque ho linkato) se accendete due torce e puntate i fasci di luce uno contro l’altro non notate nulla, perché i fotoni si incrociano sfiorandosi e ignorandosi.
Ricercatori di tutto il mondo per lungo tempo si sono chiesti se fosse possibile, in certe condizioni, far cambiare questo comportamento.


Proprio i due principali autori dello studio odierno, i professori Vladan Vuletic del MIT e Mikhail Lukin di Harvard, già nel 2013 erano riusciti a far formare coppie di elettroni, ora volevano scoprire se fosse possibile farne interagire di più. Se state pensando: “ricerca inutile, se interagivano a coppie perché non potevano interagire in tre o più?” ripensateci, pensate agli atomi nelle molecole, gli atomi di ossigeno possono formare coppie, o triplette (l’ozono formula chimica O3), ma non quaterne, non esiste un elemento O4.
Come i ricercatori hanno ottenuto le triplette di fotoni
I ricercatori hanno sparato un fascio di luce attraverso una nuvola gassosa di atomi di rubidio che erano stati eccitati da impulsi laser (per la cronaca atomi con tali caratteristiche si chiamano atomi di Rydberg dal nome del fisico e matematico svedese che per primo descrisse questi atomi con una formula) , quando i fotoni uscivano dalla nube in molti casi non erano più singoli, ma coppie e persino triplette.



Ipotesi su cosa sia successo nella nuvola
Ovviamente per i ricercatori una volta osservato l’auspicato risultato è venuto il momento di cercare di capire cosa potesse aver trasformato il comportamento dei fotoni. L’ipotesi formulata è che attraversando la nube di rubidio i fotoni a volte abbiano degli incontri ravvicinati con gli atomi, passando da uno all’altro fino a che non arrivano al confine della nube, come abbiamo detto i fotoni di per se sono poco reattivi, ma gli atomi eccitati lo sono molto, quindi il fotone può formare con l’atomo di rubidio una quasiparticella (una quasiparticella è un’entità fisica formata da particelle fortemente legate) chiamata polaritone, due polaritoni possono interagire tra loro grazie alla loro componente atomica e aggregarsi, ma quando arrivano alla fine della nube gli atomi rimangono all’interno della nube e i fotoni escono ma mantenendosi legati.
Applicazioni pratiche
Se ulteriori ricerche dimostreranno che possiamo far interagire i fotoni tra loro in altri modi, cioè non solo aggregandosi e che poi questa caratteristica viene mantenuta anche al di fuori delle condizioni che l’hanno determinata (come i fotoni usciti dalla nube) questo aprirà enormi prospettive per l’applicazione nel quantum computing (informatica quantistica).  Ad esempio in termini quantistici parlando di particelle accoppiate che mantengono questa caratteristica viene subito in mente l’entanglement.
Gli scienziati non hanno idea di cosa aspettarsi quando sperimenteranno su interazioni di tipo diverso, come la repulsione, ma sono ansiosi di scoprirlo.

Roberto Todini

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