Un'immagine straordinaria mostra gli atomi che si trasformano in onde quantistiche


Per la prima volta nella storia della fisica, i ricercatori sono riusciti a catturare un’immagine chiara dei singoli atomi che si comportano come onde. Questo spettacolare progresso rappresenta una dimostrazione mozzafiato dell’idea fondamentale secondo cui gli atomi possono esistere sia come particelle che come onde, una nozione al centro della meccanica quantistica, come aveva previsto Schrödinger.

Un comportamento strano

La meccanica quantistica, nata all'inizio del XX secolo, ha rivoluzionato la nostra comprensione del mondo subatomico. Tra i suoi concetti più fondamentali c'è la nozione di dualità onda-particella avanzata da pionieri come Louis de Broglie ed Erwin Schrödinger.

Secondo questa teoria, gli oggetti quantistici, come gli atomi e le particelle subatomiche, possono esibirsi sia le proprietà delle particelle materiali che le caratteristiche delle onde. Questa idea spesso sfida la nostra intuizione classica, ma è stata ampiamente confermata da numerosi esperimenti e osservazioni nel corso dei decenni.

Il famoso Equazione di Schrödinger, che descrive l'evoluzione temporale delle funzioni d'onda quantistiche, è al centro di questa interpretazione quantistica del mondo. Pertanto, lo studio del comportamento delle onde e delle particelle degli oggetti quantistici è al centro della ricerca per comprendere la natura profonda della realtà quantistica.

È in questo affascinante contesto della meccanica quantistica che i ricercatori hanno recentemente raggiunto un importante passo avanti catturando un’immagine rivelatrice di singoli atomi che si comportano come onde.

Un ottimo primo

La tecnica di imaging utilizzata prevede un processo complesso che combina il raffreddamento del atomi di litio a temperature prossime allo zero e l'uso di laser per intrappolarli in una rete ottica. Una volta che gli atomi sono stati raffreddati e confinati, i ricercatori hanno periodicamente spento e acceso il sistema ottico, provocando la transizione degli atomi da uno stato confinato simile a una particella a uno stato ondulatorio e viceversa.

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Una telecamera al microscopio ha quindi registrato la luce emessa dagli atomi mentre si alternavano tra questi due stati. Questo innovativo metodo di imaging ha permesso ai ricercatori di visualizzare direttamente il dualità onda-particella dei singoli atomi. Più precisamente, hanno potuto osservare la netta transizione degli atomi fluorescenti che apparivano prima come punti precisi prima di trasformarsi in punti sfocati che rappresentano pacchetti d'onda.

atomi che si trasformano in onde quantistiche, come aveva previsto Schrödinger
L'immagine mostra i punti bianchi degli atomi di litio raffreddati quasi allo zero assoluto. I punti rossi attorno a loro rappresentano i loro pacchetti d'onda. Crediti: Verstraten et al.

Questa scoperta apre la strada a una comprensione più profonda delle proprietà quantistiche della materia e promette di far luce su alcune delle domande più fondamentali della fisica contemporanea.

Gli scienziati sottolineano inoltre che questa immagine è solo un primo passo. Il loro obiettivo finale è usare questa tecnica per studiare sistemi di atomi fortemente interagenti, come quelli che si trovano nel cuore di stelle di neutroni estremamente dense o nel plasma di quark e gluoni che si ritiene sia esistito poco dopo il Big Bang. Ancora una volta, questa prossima fase di ricerca promette di approfondire la nostra comprensione degli strani stati della materia e di aprire nuove prospettive sui misteri più profondi dell’Universo.

I dettagli dello studio sono pubblicati sul server della prestampa arXiv.





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