La forza di Casimir e la superconduttività sono due effetti quantistici ben noti. Questi fenomeni sono stati accuratamente studiati separatamente, ma cosa succede quando questi effetti vengono combinati in un unico esperimento? Ora, La Delft University of Technology ha creato un microchip su cui sono stati posizionati due fili vicini per misurare le forze di Casimir che agiscono su di essi quando diventano superconduttori.

Il vuoto è davvero vuoto? La meccanica quantistica ci dice che in realtà brulica di particelle. Negli anni '40, I fisici olandesi Hendrik Casimir e Dirk Polder hanno predetto che quando due oggetti sono posti molto vicini, circa un millesimo del diametro di un capello umano, questo mare di "particelle del vuoto" li spinge insieme, un fenomeno noto come effetto Casimir. Questa forza attrattiva è presente tra tutti gli oggetti e pone persino dei limiti fondamentali a quanto vicino possiamo posizionare i componenti sui microchip.

La superconduttività è un altro fenomeno quantistico ben noto, scoperto anche da un olandese, Heike Kamerlingh Onnes, all'inizio del XX secolo. Descrive come determinati materiali, come alluminio o piombo, consentono all'elettricità di fluire attraverso di essi senza alcuna resistenza a temperature criogeniche. Negli ultimi 100 anni, i superconduttori hanno rivoluzionato la nostra comprensione della fisica e sono responsabili dei treni levitati magneticamente, Scansioni MRI e persino stazioni di telefonia mobile.

Fuori portata

Mentre l'effetto Casimir e la superconduttività sono entrambi fenomeni quantistici ampiamente studiati, non si sa quasi nulla dell'interazione tra i due, ed è qui che alcuni fisici pensano che potrebbero risiedere alcune delle prossime scoperte scientifiche. La forza di Casimir è stata dimostrata in modo conclusivo tra vari materiali. Però, l'utilizzo di superconduttori per misurare l'effetto è rimasto fuori portata a causa delle immense sfide tecnologiche a temperature ultra-fredde.

In una nuova pubblicazione in Lettere di revisione fisica , i ricercatori della Delft University of Technology hanno introdotto un nuovo sensore all'avanguardia che consente loro di misurare per la prima volta le forze tra superconduttori ravvicinati. Il sensore è costituito da un microchip sul quale sono poste due stringhe in stretta vicinanza. Questi fili possono quindi essere raffreddati a temperature criogeniche, rendendoli superconduttori. "Le corde hanno dei fori al centro che fungono da risonatore ottico, ", ha affermato il leader del gruppo Simon Gröblacher. "La luce laser di una certa lunghezza d'onda rimane intrappolata lì dentro. Possiamo usare questa luce per misurare piccoli spostamenti tra i due fili, il che significa che possiamo misurare le forze che agiscono su di loro a qualsiasi temperatura."

Test aggiuntivi

Con la loro sensibilità alla forza senza precedenti, i ricercatori sono anche in grado di sondare alcune teorie altamente speculative della gravità quantistica a temperature vicine allo zero assoluto, un santo graal della fisica. "Potremmo smentire una delle teorie della gravità quantistica più improbabili e controverse, che prevedeva che avremmo visto un forte effetto simile a Casimir dovuto ai campi gravitazionali che rimbalzavano sui superconduttori, " ha detto Richard Norte, il primo autore del saggio. "Non abbiamo misurato tale effetto con la nostra attuale sensibilità". Se c'è un effetto Casimir gravitazionale, è più sottile di quanto previsto da questa teoria.

I nuovi microchip aprono la strada a ulteriori esperimenti in un territorio inesplorato della scienza in cui questi due famosi effetti quantistici si scontrano. I ricercatori sperano di aumentare ulteriormente la sensibilità dei loro sensori a microchip nel prossimo futuro e potenzialmente sondare l'effetto Casimir tra superconduttori ad alta temperatura. Rimane una questione aperta come, Esattamente, la superconduttività funziona in questi materiali esotici, e gli esperimenti di Casimir potrebbero illuminare la fisica sottostante.