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La meccanica quantistica, il comportamento dell'Universo alla più piccola delle scale, continua a sorprenderci, con gli scienziati che ora sono stati in grado di creare con successo un oggetto quantistico, chiamato muro di dominio, in ambienti di laboratorio.
Per la prima volta, queste pareti possono ora essere generate in laboratorio su richiesta, verificandosi quando gli atomi immagazzinati a temperature molto fredde, uno scenario noto come condensato di Bose-Einstein, si raggruppano in domini in determinate condizioni. Le pareti sono le giunzioni tra questi domini.
I ricercatori che creano questi muri di dominio affermano che potrebbero finire per gettare nuova luce su molte diverse aree della meccanica quantistica, tra cui l'elettronica quantistica, la memoria quantistica e il comportamento delle particelle quantistiche esotiche.
"È un po' come una duna di sabbia nel deserto, è fatta di sabbia, ma la duna agisce come un oggetto che si comporta in modo diverso dai singoli granelli di sabbia", ha affermato il fisico Kai-Xuan Yao dell'Università di Chicago.
Ci sono state ricerche precedenti sui muri di dominio, ma non sono mai stati in grado di essere creati a piacimento in laboratorio fino ad ora, dando agli scienziati la possibilità di analizzarli in modi nuovi. Si è scoperto che agiscono come oggetti quantistici indipendenti, ma non necessariamente nel modo in cui gli scienziati si aspetterebbero che lo facciano.
Questo comportamento inaspettato significa che i muri di dominio si uniscono a una classe di oggetti chiamati fenomeni emergenti, in cui le particelle che si uniscono insieme sembrano seguire un diverso insieme di leggi fisiche rispetto alle particelle che operano da sole.
Una delle osservazioni insolite fatte dal team è il modo in cui le pareti del dominio reagiscono ai campi elettrici, qualcosa che avrà bisogno di ulteriori studi per essere capito bene. Per ora, già solo il fatto di essere in grado di produrre e manipolare questi muri è un importante passo avanti.
"Abbiamo molta esperienza nel controllo degli atomi", ha dichiarato il fisico Cheng Chin dell'Università di Chicago. "Sappiamo che se spingi gli atomi a destra, si muoveranno a destra. Ma qui, se spingi il muro del dominio a destra, si sposta a sinistra."
Parte del motivo per cui la scoperta è così importante è che potrebbe insegnarci di più su come si comportavano gli atomi all'inizio dell'esistenza dell'Universo: particelle che una volta erano raggruppate insieme alla fine si sono espanse per formare stelle e pianeti, e gli scienziati vorrebbero sapere esattamente come è successo.
Questa scoperta del muro di dominio rientra sotto l'ombrello di ciò che è noto come teoria di gauge dinamica, un modo per testare e calcolare la dinamica dei fenomeni quantistici in laboratorio. Queste scoperte potrebbero spiegare come i fenomeni emergenti operano in tutto, dai materiali all'Universo primordiale.
Oltre a guardare indietro, però, i ricercatori guardano anche avanti. Una volta capito di più su come i muri di dominio possono essere controllati, potrebbero aprire opportunità per nuove tecnologie quantistiche. "Ci possono essere applicazioni per questo fenomeno in termini di produzione di materiale quantistico programmabile o processori di informazioni quantistiche", ha affermato Chin.
"Può essere utilizzato per creare un modo più robusto per memorizzare informazioni quantistiche o abilitare nuove funzioni nei materiali. Ma prima di poterlo scoprire, il primo passo è capire come controllarli".