L'universo nasconde fenomeni che sembrano fantascienza, eppure affondano nelle equazioni fondamentali della fisica moderna. Uno di questi è l'effetto Unruh, secondo cui un osservatore in accelerazione percepisce particelle termiche nel vuoto quantistico, mentre un osservatore fermo non vede nulla. Finora confinato al campo delle teorie, un gruppo dell’Università di Hiroshima potrebbe aver trovato il modo di renderlo osservabile in laboratorio.
Il calore fantasma dell'accelerazione
Il professor emerito Noriyuki Hatakenaka descrive così il fenomeno: "Anche il vuoto ribolle di minuscole fluttuazioni energetiche, dove particelle e antiparticelle appaiono e svaniscono. L'effetto Unruh mostra come queste increspature vengano percepite diversamente a seconda del movimento dell'osservatore". Chi è fermo non vede nulla, chi accelera le percepisce come particelle reali: una sorta di "calore quantistico". La sfida sperimentale è sempre stata enorme, perché sarebbero necessarie accelerazioni di 10^20 m/s^2, irraggiungibili con la tecnologia attuale.
I ricercatori giapponesi propongono di aggirare il problema sfruttando il moto circolare di coppie metastabili fluxon-antifluxon in giunzioni Josephson anulari accoppiate. Questi circuiti superconduttori, realizzabili con tecniche di microfabbricazione, consentono raggi microscopici e accelerazioni efficaci immense. In questo modo si ottiene una temperatura Unruh di alcuni kelvin, rilevabile con gli strumenti oggi disponibili. Il calore quantistico indotto dall’accelerazione provoca la separazione delle coppie fluxon-antifluxon.
Un segnale inequivocabile dal mondo quantistico
Il metodo è ingegnoso anche nella rilevazione: quando le coppie si separano, nel circuito compare un salto di tensione netto e macroscopico. Questo segnale, semplice da misurare, rappresenta una firma diretta dell’effetto Unruh. "Le fluttuazioni quantistiche microscopiche possono provocare salti macroscopici di tensione", spiega Hatakenaka, "e la distribuzione di questi salti varia solo con l’accelerazione, restando altrimenti invariata: un’impronta statistica inconfondibile dell’effetto stesso".
L’analisi di questa distribuzione permette di misurare con precisione la temperatura Unruh. Lo studio, pubblicato su Physical Review Letters, rappresenta un passo cruciale verso la verifica sperimentale di un fenomeno che potrebbe gettare un ponte tra relatività generale e meccanica quantistica. I prossimi sviluppi riguarderanno i processi di decadimento delle coppie fluxon-antifluxon e il ruolo del tunneling quantistico macroscopico.
Le tecniche di rilevazione introdotte promettono applicazioni anche nelle tecnologie di sensing quantistico, aprendo nuove prospettive nello studio dello spaziotempo e della realtà quantistica.