Nel mondo microscopico degli atomi, governato dalle leggi controintuitive della meccanica quantistica, i ricercatori dell’Università del Vermont hanno risolto un enigma che da quasi un secolo sfidava i fisici teorici. La questione riguardava la descrizione di particelle atomiche che oscillano perdendo gradualmente energia, come una corda di chitarra che si spegne lentamente, senza però violare i principi fondamentali della fisica quantistica. Il professor Dennis Clougherty e lo studente Nam Dinh hanno trovato la soluzione, pubblicata il 7 luglio 2025 su Physical Review Research.
Un modello centenario rivisto con occhi quantistici
Nel 1900 il fisico britannico Horace Lamb formulò un modello per spiegare come una particella vibrante in un solido potesse dissipare energia verso il materiale circostante. Basandosi sulle leggi classiche di Newton, Lamb dimostrò che le onde elastiche generate dal movimento si ripercuotono sulla particella stessa, causandone lo smorzamento. Se nel mondo macroscopico fenomeni come attrito e resistenza dell’aria spiegano facilmente questo effetto, trasporlo al livello quantistico ha sempre rappresentato una sfida.
“La difficoltà principale è preservare il principio di indeterminazione di Heisenberg, che stabilisce un limite alla precisione con cui posizione e momento di una particella possono essere conosciuti simultaneamente”, spiega Clougherty.
La matematica dell’incertezza
La svolta è arrivata grazie a una raffinata manovra matematica: la “trasformazione multimodale di Bogoliubov”, che ha permesso di diagonalizzare l’Hamiltoniana del sistema e descriverne le proprietà. Il risultato è la definizione di un nuovo stato, chiamato “vuoto compresso multimodale”.
“Nel mondo classico gli oggetti vibranti perdono energia per attrito e resistenza dell’aria, ma nel regime quantistico questo non è altrettanto ovvio”, sottolinea Dinh, che dopo la laurea in fisica nel 2024 ha conseguito un master in matematica nel 2025 ed è ora dottorando.
Verso sensori di precisione estrema
La soluzione dei ricercatori prevede come l’incertezza nella posizione di un atomo vari in relazione alle sue interazioni con gli altri atomi del solido. Riducendo questa incertezza, si possono ottenere misurazioni con un’accuratezza superiore al limite quantistico standard.
Tecniche simili hanno già reso possibili conquiste straordinarie, come i rivelatori di onde gravitazionali premiati con il Nobel nel 2017, capaci di misurare variazioni di distanza mille volte più piccole del nucleo di un atomo.
Il lavoro, sostenuto dalla National Science Foundation e dalla NASA, apre la strada a nuove tecnologie sensoristiche di precisione estrema. Quello che potremmo definire il “metro a nastro più piccolo del mondo” potrebbe nascere da questi studi, offrendo strumenti per misurare distanze quantistiche e sviluppare sensori ultra-avanzati. Resta da vedere quali altre sorprese emergeranno da questa soluzione quantistica al modello di Lamb.