L'attrazione del corpo nero tra un cilindro di tungsteno caldo e un atomo di cesio è 20 volte più forte dell'attrazione gravitazionale tra di loro. Credito:Holger Müller, UC Berkeley
La nostra attrazione fisica per i corpi caldi è reale, secondo i fisici dell'UC Berkeley.
Per essere chiari, non stanno parlando di attrazione sessuale per un corpo umano "caldo".
Ma i ricercatori hanno dimostrato che un oggetto luminoso attrae effettivamente gli atomi, contrariamente a quanto la maggior parte delle persone - fisici inclusi - potrebbe immaginare.
Il minuscolo effetto è molto simile all'effetto che un laser ha su un atomo in un dispositivo chiamato pinzette ottiche, che sono usati per intrappolare e studiare gli atomi, una scoperta che ha portato al Premio Nobel per la Fisica nel 1997 condivisa dall'ex professore dell'UC Berkeley Steven Chu, ora a Stanford, Claude Cohen-Tannoudji e William D. Phillips.
Fino a tre anni fa, quando un gruppo di fisici austriaci lo predisse, nessuno pensava che la luce normale, o anche solo il calore emesso da un oggetto caldo - il bagliore infrarosso che vedi quando guardi attraverso gli occhiali per la visione notturna - potrebbe influenzare gli atomi allo stesso modo.
Fisici dell'Università di Berkeley, che sono esperti nella misurazione di forze minuscole utilizzando l'interferometria atomica, progettato un esperimento per verificarlo. Quando hanno misurato la forza esercitata dalla cosiddetta radiazione di corpo nero da un cilindro di tungsteno caldo su un atomo di cesio, la previsione è stata confermata.
L'attrazione è in realtà 20 volte l'attrazione gravitazionale tra i due oggetti, ma poiché la gravità è la più debole di tutte le forze, l'effetto sugli atomi di cesio - o su qualsiasi atomo, molecola o un oggetto più grande - di solito è troppo piccolo per preoccuparsi.
"È difficile trovare uno scenario in cui questa forza si distingua, " ha detto la coautrice Victoria Xu, uno studente laureato nel dipartimento di fisica della UC Berkeley. "Non è chiaro che abbia un effetto significativo da nessuna parte. Eppure."
Man mano che le misurazioni della gravità diventano più precise, anche se, effetti questo piccolo bisogno di essere preso in considerazione. La prossima generazione di esperimenti per rilevare le onde gravitazionali dallo spazio potrebbe utilizzare interferometri atomici da laboratorio invece degli interferometri lunghi un chilometro ora in funzione. Gli interferometri in genere combinano due onde luminose per rilevare piccoli cambiamenti nella distanza percorsa; gli interferometri atomici combinano due onde di materia per rilevare piccoli cambiamenti nel campo gravitazionale che hanno sperimentato.
Il cilindro di tungsteno lucido può essere visto in alto attraverso una finestra nella camera a vuoto dell'interferometro atomico. Gli atomi di cesio vengono lanciati verso l'alto attraverso l'apertura circolare sotto il cilindro. Credito:laboratorio Holger Müller, UC Berkeley
Per una navigazione inerziale molto precisa utilizzando interferometri atomici, anche questa forza dovrebbe essere presa in considerazione.
"Questa attrazione del corpo nero ha un impatto ovunque le forze siano misurate con precisione, comprese misurazioni di precisione delle costanti fondamentali, test di relatività generale, misurazioni della gravità e così via, ", ha affermato l'autore senior Holger Müller, un professore associato di fisica. Xu, Müller e i loro colleghi dell'UC Berkeley hanno pubblicato il loro studio nel numero di dicembre della rivista Fisica della natura .
Pinzette ottiche
Le pinzette ottiche funzionano perché la luce è una sovrapposizione di campi magnetici ed elettrici - un'onda elettromagnetica. Il campo elettrico in un raggio di luce fa muovere le particelle cariche. In un atomo o in una piccola sfera, questo può separare le cariche positive, come il nucleo, da cariche negative, come gli elettroni. Questo crea un dipolo, permettendo all'atomo o alla sfera di agire come un minuscolo magnete a barra.
Il campo elettrico nell'onda luminosa può quindi spostare questo dipolo elettrico indotto intorno, proprio come puoi usare un magnete a barra per spingere un pezzo di ferro in giro.
Utilizzando più di un raggio laser, gli scienziati possono far levitare un atomo o una perla per condurre esperimenti.
Con debole, luce incoerente, come radiazione di corpo nero da un oggetto caldo, l'effetto è molto più debole, ma ancora lì, Trovata la squadra di Müller.
Hanno misurato l'effetto ponendo un gas diluito di atomi di cesio freddi - raffreddati a tre milionesimi di grado sopra lo zero assoluto (300 nanoKelvin) - in una camera a vuoto e lanciandoli verso l'alto con un rapido impulso di luce laser.
La metà riceve una spinta in più verso un cilindro di tungsteno lungo un pollice che si illumina a 185 gradi Celsius (365 gradi Fahrenheit), mentre l'altra metà rimane sbattuta. Quando i due gruppi di atomi di cesio cadono e si incontrano di nuovo, le loro onde di materia interferiscono, consentendo ai ricercatori di misurare lo sfasamento causato dall'interazione tungsteno-cesio, e quindi calcolare la forza di attrazione della radiazione di corpo nero.
"La gente pensa che la radiazione del corpo nero sia un concetto classico in fisica - è stato un catalizzatore per l'inizio della rivoluzione della meccanica quantistica 100 anni fa - ma ci sono ancora cose interessanti da imparare al riguardo, " disse Xu.
