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La fisica quantistica per nuovi sensori di complessi oggetti macroscopici

Ricerca fiorentina su Nature Scientific Reports

Un nuovo schema per misurare il rumore ambientale (noise) nei sistemi quantistici e riconoscere le sue correlazioni è stato messo a punto da un gruppo di ricercatori dell’Ateneo fiorentino – Filippo Caruso, Stefano Gherardini e Matthias Müller del Dipartimento di Fisica e Astronomia e del Laboratorio Europeo per la Spettroscopia Non-Lineare (LENS) – ed è illustrato sull’ultimo numero della rivista “Nature – Scientific Reports”  (''Stochastic quantum Zeno-based detection of noise correlations'', doi:10.1038/srep38650).

I risultati ottenuti dagli studiosi fiorentini vanno oltre il paradosso quantistico di Zenone, dal quale la ricerca aveva preso le mosse e che rappresentava l'equivalente quantistico del famoso paradosso del filosofo di Elea. Secondo quest'ultimo, è paradossale che una sequenza infinita di immagini statiche possa dare luogo al movimento. Nel caso quantistico tale paradosso diventa realtà.

"Tramite una collaborazione sperimentale con dei colleghi fiorentini – spiega Caruso - avevamo già provato che l'osservazione ripetuta di un sistema quantistico lo congela nel suo stato iniziale. Facendo un'analogia, è come se l’azione di osservare continuamente una trottola la mantenesse sempre nella sua posizione verticale, senza farla cadere a terra; ovviamente ciò non accade nel mondo macroscopico attorno a noi". Le ultime ricerche sono andate oltre questa osservazione.  “Secondo il nostro schema – prosegue lo studioso – osservando la trottola meno frequentemente e non più a intervalli regolari, ma casuali, diventa possibile misurare indirettamente questa irregolarità studiando la probabilità che resti dritta".

Siccome l’irregolarità (noise) può derivare dalla presenza di oggetti esterni, anche classici (come molecole o campi magnetici), il nuovo sistema di misurazione permette di segnalare la presenza di questi oggetti grazie ad effetti quantistici. Lo schema è interessante per possibili future applicazioni anche in campo biomedico . "Tra i vantaggi del nuovo metodo  – concludono Gherardini e Muller – ci sono anche la semplicità rispetto ad altri in uso e il fatto che sia totalmente indipendente dal sistema fisico scelto, che agisce da sensore quantistico (circuiti superconduttori, ioni, atomi freddi, molecole)”.

Lo studio è stato reso possibile dal contributo della Fondazione Cassa di Risparmio di Firenze e dai finanziamenti del Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca tramite bandi FIRB (Futuro in Ricerca) e dell’Unione europea (progetti Marie-Curie Fellowship).

16 Dicembre 2016