L'anno scorso, Anupam Mazumdar, un fisico dell'Università di Groningen, insieme ai colleghi del Regno Unito hanno proposto un esperimento che potrebbe dimostrare in modo conclusivo se la gravità è un fenomeno quantistico. Questo esperimento si concentrerebbe sull'osservazione di due relativamente grandi, sistemi quantistici entangled in caduta libera. In un nuovo articolo, pubblicato il 4 giugno in Ricerca sulla revisione fisica , gli scienziati descrivono più in dettaglio come ridurre due tipi di rumore. Suggeriscono che l'interferenza quantistica potrebbe essere applicata nella produzione di uno strumento sensibile in grado di rilevare i movimenti di oggetti che vanno dalle farfalle ai ladri e ai buchi neri.

Al centro di questo esperimento c'è un minuscolo diamante, dimensioni di pochi nanometri, in cui uno degli atomi di carbonio è stato sostituito da un atomo di azoto. Secondo la fisica quantistica, l'elettrone in più in questo atomo assorbirebbe o non assorbirebbe l'energia del fotone di un laser.

Diamante

L'assorbimento dell'energia altererebbe il valore di spin dell'elettrone, un momento magnetico che può essere alto o basso. "Proprio come il gatto di Schrödinger, che è morto e vivo allo stesso tempo, questo spin dell'elettrone assorbe e non assorbe l'energia del fotone, quindi la sua rotazione è sia su che giù, " Spiega Mazumdar. Questo processo porta alla sovrapposizione quantistica dell'intero diamante. Applicando un campo magnetico, è possibile separare i due stati quantistici. Quando questi stati quantistici vengono riuniti di nuovo spegnendo il campo magnetico, creeranno uno schema di interferenza.

Questo diamante è abbastanza piccolo da sostenere questa sovrapposizione, ma è anche sufficientemente grande da risentire della forza di gravità. Quando due di questi diamanti sono posti uno accanto all'altro in condizioni di caduta libera, interagiscono solo attraverso la forza di gravità tra di loro. L'esperimento è stato originariamente progettato per verificare se la gravità stessa è un fenomeno quantistico. In poche parole, poiché l'entanglement è un fenomeno quantistico, l'entanglement di due oggetti che interagiscono solo attraverso la gravità servirebbe come prova che la gravità è un fenomeno quantistico.

Collisione

Qualsiasi massa in movimento avrà un effetto su questo sistema quantistico molto sensibile. Nel loro ultimo documento, Mazumdar e colleghi descrivono come ridurre questi disturbi. Però, è anche evidente che questo sistema potrebbe essere utilizzato per rilevare masse in movimento. La prima fonte di rumore è la collisione del gas con la capsula sperimentale in caduta libera. Anche l'impatto dei fotoni può creare disturbo. "I nostri calcoli mostrano che questi effetti sono ridotti al minimo posizionando la capsula sperimentale all'interno di un contenitore più grande, che crea un ambiente controllato, "Spiega Mazumdar.

All'interno di un tale contenitore esterno, questo rumore è trascurabile ad una pressione di 10 ^-6 Pasquale, anche a temperatura ambiente. I requisiti per le condizioni all'interno della capsula sperimentale sono più rigorosi. Attualmente, gli scienziati stimano una pressione richiesta di 10 ^-15 Pascal a circa 1 Kelvin. Dato lo stato attuale della tecnologia, questo non è ancora fattibile, ma Mazumdar prevede che potrebbe essere possibile entro circa 20 anni.

Detriti spaziali

Oggetti in movimento, anche piccolo come una farfalla, situati in prossimità del sito sperimentale costituiscono una seconda fonte di rumore. I calcoli rivelano che questo rumore può anche essere mitigato con relativa facilità limitando l'accesso al sito sperimentale. Le persone dovrebbero mantenere una distanza di almeno 2 metri dal sito sperimentale, e le auto dovrebbero mantenere una distanza minima di 10 metri dal sito. Il passaggio di aerei a una distanza superiore a 60 metri dal sito sperimentale non costituirebbe un problema. Tutti questi requisiti possono essere soddisfatti facilmente.

Una volta avviato l'esperimento, la sua portata potrebbe essere estesa oltre un'indagine sulla gravità quantistica, secondo Mazumdar. "Potresti metterlo in una navicella spaziale, dove è sempre in caduta libera. Quindi, potresti usarlo per rilevare i detriti spaziali in arrivo. Utilizzando più sistemi, sarebbe anche possibile ottenere la traiettoria dei detriti." Un'altra opzione è quella di posizionare un tale sistema nella fascia di Kuiper, dove rileverebbe il movimento del nostro sistema solare nello spazio. "E potrebbe rilevare tutti i buchi neri vicini, " aggiunge Mazumdar.

Tornato sulla Terra, il sistema quantistico sarebbe in grado di rilevare i movimenti tettonici e forse fornire avvisi precoci di terremoti. E, Certo, la sensibilità del sistema quantistico a qualsiasi movimento che si verifica in prossimità di esso lo renderebbe un ideale, se un po' complesso, sensore di movimento e antifurto. Ma per ora, l'obiettivo dei prossimi decenni sarà determinare se la gravità sia un fenomeno quantistico.