Una scoperta rivoluzionaria nella fisica dei liquidi quantistici è stata osservata per la prima volta a Firenze attraverso la formazione di gocce quantistiche da un filamento di atomi ultrafreddi.
Nella foto principale la simulazione numerica dell’esperimento che riproduce la formazione di una sequenza di gocce quantistiche.
Il fenomeno, simile alla formazione di gocce nei liquidi classici, è stato studiato in un laboratorio del CNR e pubblicato sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters. Questa scoperta rappresenta un passo avanti nella comprensione dei liquidi quantistici e apre nuove prospettive per le tecnologie quantistiche del futuro.
Una scoperta italiana nel cuore della ricerca quantistica
Un team di ricercatori e ricercatrici del CNR, dell’Università di Firenze e del LENS (Laboratorio europeo di spettroscopie non lineari) ha osservato il fenomeno dell’instabilità capillare in un gas quantistico ultra-diluito. L’esperimento è stato condotto presso il laboratorio di Miscele Quantistiche dell’Istituto Nazionale di Ottica (CNR-INO).
Alla ricerca hanno collaborato anche studiosi delle Università di Bologna, Padova e dei Paesi Baschi (UPV/EHU).
Cosa sono le gocce quantistiche?
In fisica, la tensione superficiale spinge i liquidi classici a frammentarsi in gocce per ridurre l’area di contatto. Lo stesso principio, chiamato instabilità di Plateau-Rayleigh, è stato ora osservato in un sistema quantistico: un gas di atomi ultrafreddi che si comporta come un liquido.
Grazie alla manipolazione ottica e al controllo delle interazioni atomiche, i fisici hanno potuto generare quantum droplet, ovvero gocce quantistiche stabili grazie a effetti puramente quantomeccanici.
L’esperimento: una pioggia di atomi ultrafreddi
La ricercatrice Alessia Burchianti (CNR-INO) ha guidato l’esperimento che ha portato alla formazione e all’osservazione di queste gocce quantistiche. Utilizzando un laser per creare una guida d’onda, una miscela ultrafredda di atomi di potassio e rubidio è stata trasformata in un filamento. Quando il filamento ha superato una certa lunghezza critica, si è rotto formando una “pioggia” di gocce.
Il numero di gocce prodotte era proporzionale alla lunghezza del filamento al momento della rottura.
Un nuovo capitolo nella fisica della materia
La dinamica della rottura è stata descritta con precisione grazie all’integrazione tra esperimenti e simulazioni numeriche.
“Per la prima volta, l’instabilità di Plateau–Rayleigh è stata osservata in un gas atomico”, spiega Chiara Fort, ricercatrice dell’Università di Firenze.
“I nostri risultati mostrano come sia possibile realizzare array di gocce quantistiche per future applicazioni nella tecnologia quantistica”, aggiunge Luca Cavicchioli, primo autore dello studio e ricercatore del CNR-INO.
Un progetto sostenuto dall’Europa e dal PNRR
Lo studio è stato reso possibile grazie a tre iniziative finanziate dal Ministero dell’Università e della Ricerca, con fondi europei del programma #NextGenerationEU – PNRR:
- QUANTAMI – PRIN 2022
- National Quantum Science and Technology Institute (NQSTI)
- Integrated Infrastructure Initiative in Photonic and Quantum Science (IPHOQS)
