I ricercatori hanno sviluppato una nuova teoria per registrare le temperature più basse mai misurate, con la massima accuratezza consentita dalle leggi della Natura. Questa linea di ricerca promette di rivoluzionare la fisica delle basse temperature e potrebbe trovare una miriade di applicazioni nelle tecnologie quantistiche emergenti.

Una recente collaborazione che coinvolge un team dell'Università di Nottingham e dell'Istituto di scienze fotoniche (Barcellona, Spagna), dimostra che è possibile, in linea di principio, misurare temperature inferiori a un miliardesimo di Kelvin (!) in un gas atomico freddo senza disturbarlo in modo significativo, superando gli attuali standard di precisione. Il lavoro è stato pubblicato nell'ultima edizione della rivista Lettere di revisione fisica .

Nel loro studio, i ricercatori hanno modellato un condensato di Bose-Einstein, uno stato unico della materia ottenuto raffreddando un gas atomico fino a temperature estremamente basse, utilizzando parametri sperimentali realistici. La tecnica termometrica funzionerebbe incorporando un atomo di impurità nel condensato atomico, in modo che acquisisca informazioni sulla temperatura del campione attraverso l'interazione. In particolare, la sua posizione e velocità diventano dipendenti dalla temperatura in modo che, monitorandoli, la temperatura può essere dedotta con elevata precisione senza disturbare la condensa.

Gas atomici di raffreddamento

I gas atomici ultrafreddi sono una piattaforma sperimentale molto versatile per una serie di applicazioni come la simulazione di sistemi fortemente correlati, elaborazione quantistica delle informazioni, o la produzione di fasci di elettroni (freddi) di alta qualità per la microscopia elettronica o la diffrazione elettronica. Per la maggior parte di queste applicazioni è essenziale raffreddare il gas atomico alle temperature più basse possibili. Determinare con precisione la temperatura di questi sistemi è anche fondamentale per le applicazioni.

Mohammad Mehboudi, l'autore principale dell'articolo ha dichiarato:"Le tecniche termometriche più comuni attualmente disponibili per gli atomi freddi sono distruttive; cioè, il campione viene distrutto a seguito della misurazione. D'altra parte, le tecniche non distruttive di solito mancano della necessaria accuratezza a temperature molto basse. La nostra ricerca fornisce una soluzione che supera entrambi questi problemi".

Gli eccezionali risultati sperimentali consentono oggi una termometria di alta precisione a temperature molto basse. Però, a seconda della specifica piattaforma sperimentale, il meccanismo fisico sottostante, precisione, e l'intervallo di temperatura effettiva di diversi schemi termometrici varia sensibilmente. Anche il Dr. Luis Correa ha lavorato allo studio e sottolinea:"Il quadro teorico di nuova concezione della termometria quantistica cerca di determinare i limiti fondamentali sulla precisione delle misurazioni della temperatura vicino allo zero assoluto e si applica universalmente a qualsiasi sistema. È importante sottolineare che questo può fornire indizi su come migliorare gli attuali standard termometrici a bassa temperatura".