Un team di ricercatori italiani ha sviluppato a Firenze un innovativo nano-oscillatore che permette di esplorare sperimentalmente il sottile confine tra fisica classica e fisica quantistica.
Questo strumento, descritto in un articolo pubblicato sulla rivista scientifica Optica, sfrutta il fenomeno della levitazione ottica per intrappolare nanosfere di vetro all’interno di un fascio di luce, consentendo così di osservare fenomeni appartenenti a entrambi i domini della fisica.
Un’innovazione
Il nano-oscillatore è il risultato della collaborazione tra diverse istituzioni scientifiche italiane, tra cui il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università degli Studi di Firenze, l’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr-Ino), il Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare (LENS) e la sezione di Firenze dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Questa sinergia è stata resa possibile grazie al National Quantum Science and Technology Institute (NQSTI), un partenariato esteso che mira a potenziare la ricerca e l’innovazione nel settore delle tecnologie quantistiche in Italia.
Come funziona il Nano-Oscillatore?
La ricerca mostra che, man mano che si scende su scala nanometrica, la materia assume comportamenti radicalmente diversi rispetto a quelli osservati su scala macroscopica. La fisica quantistica è la disciplina che studia questi fenomeni, ma fino a oggi la loro osservazione è avvenuta separatamente rispetto a quelli della fisica classica. Con questo nuovo dispositivo, invece, è possibile studiare entrambi i comportamenti simultaneamente.
Il principio alla base del nano-oscillatore si basa sulla levitazione ottica, una tecnica che utilizza fasci laser altamente focalizzati per “intrappolare” particelle microscopiche. Questo fenomeno, studiato sin dagli anni ‘80 e perfezionato dal fisico Arthur Ashkin (premio Nobel per la Fisica nel 2018), è stato sfruttato dal team italiano per mantenere in sospensione e controllare una coppia di nanosfere di vetro con fasci di luce di colori diversi.
All’interno della trappola ottica, le nanosfere oscillano intorno al loro punto di equilibrio con frequenze specifiche, consentendo di osservare sia fenomeni propri della fisica classica sia effetti quantistici, spesso controintuitivi.
Un’opportunità per lo studio
Il coordinatore dello studio, Francesco Marin (Università degli Studi di Firenze e Cnr-Ino), sottolinea l’importanza della ricerca: “Questi nano-oscillatori sono tra i pochi sistemi nei quali possiamo analizzare il comportamento di oggetti macroscopici con un controllo estremamente preciso. Le nanosfere, essendo cariche elettricamente, interagiscono tra loro, influenzandosi reciprocamente e aprendo nuove prospettive nello studio di sistemi quantistici interagenti.”
Questa innovazione apre la strada a nuove ricerche nell’ambito della fisica quantistica e delle nanotecnologie, contribuendo allo sviluppo di tecnologie emergenti basate sui principi della meccanica quantistica.
Supporto e finanziamenti
Lo studio è stato realizzato grazie ai finanziamenti del Ministero dell’Università e della Ricerca nell’ambito del programma #NextGenerationEU, attraverso due importanti iniziative:
- National Quantum Science and Technology Institute (NQSTI): un partenariato che riunisce le principali istituzioni italiane impegnate nella ricerca sulle tecnologie quantistiche, con un finanziamento complessivo di 116 milioni di euro in tre anni.
- Integrated Infrastructure Initiative in Photonic and Quantum Science (I-PHOQS): un’infrastruttura che collega eccellenze nei settori della fotonica, nanotecnologie e tecnologie quantistiche, con un finanziamento di 50 milioni di euro in tre anni. Il progetto è promosso dal Consiglio Nazionale delle Ricerche e dal Politecnico di Milano.
Grazie a queste iniziative, l’Italia si posiziona all’avanguardia nella ricerca sulle tecnologie quantistiche, contribuendo allo sviluppo di soluzioni innovative con potenziali applicazioni in diversi settori, dalla computazione quantistica alla sensoristica avanzata.
Il nano-oscillatore realizzato a Firenze rappresenta un passo significativo nello studio della fisica quantistica applicata.
L’innovazione sviluppata dai ricercatori italiani apre nuove prospettive per la comprensione della materia su scala nanometrica e potrebbe avere importanti implicazioni per il futuro della ricerca e della tecnologia quantistica. Grazie al supporto di importanti finanziamenti e alla collaborazione tra istituzioni di eccellenza, questa scoperta consolida il ruolo dell’Italia come polo di riferimento per la ricerca scientifica nel settore quantistico.
