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La fisica quantistica in orbita

Fonte: articolo riportato dall'Internet

La fisica quantistica entra in orbita

Una spettacolare immagine della Stazione

spaziale internazionale (©NASA) Si è concluso

con successo un esperimento per studiare il

peculiare comportamento quantistico di un

condensato di Bose-Einstein sulla Stazione

spaziale internazionale, dove le condizioni di

micrgravità consentono misurazioni molto più

precise che sulla Terra

Il comportamento degli stati più esotici della

materia si può studiare meglio in condizioni di

microgravità, come quelle presenti in un sistema

in orbita intorno alla Terra: è quanto dimostra

l'esperimento descritto sulle pagine della rivista

"Nature" da Robert Thompson, del California

Institute of Technology a Pasadena, e colleghi, basato

su un condensato di Bose-Einstein ospitato a bordo

della Stazione spaziale internazionale.

Il vantaggio di andare nello spazio si comprende

considerando le caratteristiche di questo sistema fisico,

che da alcuni anni attrae le attenzioni di molti ricercatori.

Un condensato di Bose-Einstein si ottiene confinando

in una trappola magnetica e raffreddando a temperature

vicine all zero assoluto una densa nube di atomi bosonici,

che cioè possiedono ugual numero di protoni e neutroni.

In queste condizioni estreme, gli atomi bosonici -

di rubidio, nel caso specifico dello studio - occupano lo

stato di energia più bassa possibile, e fanno emergere

comportamenti peculiari: l'individualità dei singoli atomi

si perde, e le onde di materia associate alle singole

particelle in virtù della dualità onda-particella prevista

dalla meccanica quantistica lasciano il posto a un'unica

onda di materia.

Con questo comportamento, noto come degenerazione

quantistica, un condensato di Bose-Einstein è un utile

strumento per studiare il passaggio dal micromondo,

regolato dalle le leggi della meccanica quantistica, al mondo

macroscopico, regolato dalle leggi della fisica classica.

Il problema è che quando si libera il condensato dalla

trappola per poterlo studiare, il gas si diluisce i poche

decine di millisecondi, rendendo difficile il compito.

La rapidità dell'espansione del gas può essere ridotta

utilizzando una trappola poco profonda, ciò utilizzando

forze di confinamento più deboli.

Sulla Terra, tuttavia, bisogna sempre fare i conti con la

gravità, che impone forti restrizioni alla struttura della

trappola, restrizioni che invece nello spazio non ci sono.

Nelle condizioni di microgravità della Stazione spaziale

internazionale, è possibile invece utilizzare trappole poco

profonde e studiare il condensato fino a un secondo dopo

dopo l'espansione, senza bisogno di ulteriori manipolazioni.

E il tempo più lungo a disposizione si traduce in una

precisione delle misurazioni decisamente maggiore.

"Il successo della realizzazione di un condensato di Bose-

Einstein in un laboratorio nello spazio offre nuove opportunità

di ricerca sui gas quantistici e sull'interferometria atomica,

una tecnica di misurazione che si basa sull'interferenza

delle onde di materia", spiegano Maike Lachmann ed Ernst

Rasel, della Leibniz University ad Hannover, in Germania,

in un articolo di commento pubblicato sullo stesso numero

di "Nature".

"Le misurazioni estremamente precise potrebbero essere

utili per testare leggi della fisica fondamentali, come

l'accelerazione in caduta libera in un campo gravitazionale, o

le teorie sull'energia oscura che accelera l'espansione

dell'universo".

Ma si prevedono anche interessanti ricadute più applicative,

per esempio nel campo della navigazione satellitare e

dell'osservazione del nostro pianeta dallo spazio. (red)