Il limite tra il mondo quantistico e quello macroscopico non è più così netto come si pensava. Un team dell’ETH di Zurigo e dell’Università Tecnica di Vienna ha dimostrato che piccole sfere di vetro, pur minuscole rispetto alla scala quotidiana, possono esibire comportamenti quantistici anche a temperatura ambiente. La scoperta segna un passo decisivo nella comprensione di dove cessano le leggi della fisica classica e iniziano quelle quantistiche, aprendo scenari inediti per tecnologie basate su questi fenomeni.
Quando la rotazione "congela" nonostante il calore
L’aspetto più sorprendente dello studio è un paradosso solo apparente: è possibile congelare quantisticamente il moto rotazionale di una particella anche se questa mantiene una temperatura di centinaia di gradi. Carlos Gonzalez-Ballestero, dell’Istituto di Fisica Teorica di Vienna, spiega che ciò è possibile separando i diversi gradi di libertà del sistema.
Per farlo, i ricercatori hanno usato nanoparticelle leggermente ellittiche, immerse in un campo elettromagnetico capace di indurne la rotazione. Un sistema di laser e specchi, calibrato con estrema precisione, estrae energia dal moto con alta probabilità, riducendo al minimo quella in ingresso.
I quanti di vibrazione: quando l'oscillazione ha regole precise
A differenza del mondo macroscopico, nel regno quantistico non tutte le oscillazioni sono ammesse. Se un pendolo può oscillare liberamente, una particella microscopica ha livelli energetici discreti: stato fondamentale con vibrazione minima, primo stato eccitato, e così via.
Non esistono stati intermedi, ma le particelle possono trovarsi in combinazioni quantistiche di più stati. Questo principio è uno dei cardini della meccanica quantistica e rende arduo osservare simili effetti in oggetti “grandi” come le sfere di vetro da 100 nanometri, mille volte più piccole di un granello di sabbia, ma enormi per gli standard quantistici.
La sfida tecnica: isolare senza raffreddare
Di solito, per osservare proprietà quantistiche in una nanoparticella, bisogna farla fluttuare libera e raffreddarla fino a pochi gradi dallo zero assoluto (-273,15 °C). Il nuovo approccio evita questo passaggio, superando l’ostacolo del rumore quantistico dei laser e portando la rotazione quasi esclusivamente nello stato fondamentale.
Il metodo consente di ottenere stati quantistici molto “puri” senza ricorrere al raffreddamento estremo, aprendo la strada a studi più stabili e accessibili. Ciò avvicina la ricerca di base alle applicazioni pratiche, permettendo di esplorare i confini della fisica quantistica in condizioni finora impensabili.
