A un milionesimo di grado sopra lo zero assoluto, gli interferometri destinati a captare le onde gravitazionali dei collassi cosmici possono "vedere" effetti quantistici a scala subatomica

"Il presente lavoro, grazie al raggiungimento di temperature dell'ordine dei microkelvin, dimostra che i rivelatori interferometrici di onde gravitazionali, progettati come strumenti di controllo della relatività generale e di fenomeni astrofisici, possono diventare sensibili strumenti di prova di effetti quanto-mecccanici macrosopici": lo scrivono in un articolo pubblicato sul " New Journal of Physics" Thomas Corbitt e Nergis Mavalvala del Massachusetts Institute of Technology, che curano la messa a punto e la calibrazione di alcune strumentazioni di LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

LIGO è una collaborazione internazionale che fa capo alla U.S. National Science Foundation per la rilevazione delle onde gravitazionali: misurando i più deboli movimenti esibiti da masse di prova rappresentate da specchi, ci si aspetta che LIGO riesca a osservare direttamente la radiazione gravitazionale generata da fenomeni esotici che avvengono nello spazio lontano, dalla collisione fra stellle di neutroni e buchi neri, fino all'esplosione di supernove.

Per monitorare gli spostamenti relativi degli specchi dell'interferometro - posti a 4 chilometri di distanza l'uno dall'altro - vengono utilizzati fasci di luce laser, grazie ai quali LIGO è in grado di registrare spostamenti inferiori al millesimo della dimensione di un protone. Questa sensibilità è richiesta perché l'effetto delle onde gravitazionali previsto è decisamente piccolo.

In diverse bande di frequenza, peraltro, la sensibilità di LIGO è limitata dal "rumore" che deriva dalla natura quantistica della luce laser e dal rumore termico proprio degli stessi specchi. L'osservazione del comportamento quanto-meccanico di LIGO richiede quindi la riduzione del rumore termico, che può essere ottenuta con tecniche simili a quelle per il raffreddamento laser degli atomi, in modo da raggiungere temperature molto prossime allo zero assoluto.

Ora i ricercatori sono riusciti a raggiungere una temperatura di un milionesimo di grado al di sopra dello zero assoluto, e a osservare le oscillazioni di un pendolo a un livello molto prossimo al suo stato quantistico fondamentale. Il risultato suggerisce quindi come l'apparato possa essere utilizzato anche per osservare comportamenti quantomeccanici, come per esempio l'entanglement, a una scala di masse finora ritenuto impensabile.

Fonte: lescienze.espresso.repubblica.it