Un dispositivo da tavolo per misurare le onde gravitazionali

Se funzionerà, otterremo un importante passo avanti nella comprensione della gravità quantistica.

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I ricercatori hanno progettato un rilevatore di onde gravitazionali da tavolo. Costruirlo, però, richiederà alcune nuove tecnologie per limitare fattori come la de-coerenza. Il principio su cui si basa utilizza un diamante “grande” (per standard su nanoscala) che agisce come un grande oggetto quantistico.

In pratica sarà un rilevatore di onde gravitazionali da tavolo alimentato da un nanodiamante, come affermano i progettisti. E a differenza dei rilevatori esistenti, si adatta a un tavolo.

In un documento di prestampa, i ricercatori descrivono un piccolo dispositivo con il diamante modificato al centro. Il diamante viene preparato scambiando un carbonio per un azoto, che apre un gap elettronico critico in cui viene inserito un elettrone nuovo e funzionale.

In che modo questa configurazione potrebbe ipoteticamente rilevare le onde gravitazionali? I ricercatori si sono basati sulla ricerca esistente nella costruzione del dispositivo e hanno sviluppato un sistema che utilizza l’elettrone di riserva, che ha una rotazione magnetica in una o nell’altra direzione, per mostrare segni di interferenza che indicano un’onda gravitazionale.

“La natura di questa interferenza dipende dalla distanza percorsa dai due stati quantistici separati. E questo può essere utilizzato per misurare le onde gravitazionali “, spiega in una nota il ricercatore Anupam Mazumdar. Il termine per un dispositivo che misura l’interferenza è “interferometro”, e in questo caso, l’intero diamante agisce come il fenomeno quantistico, rendendolo grande per quanto riguarda gli standard e minuscolo per l’interferometro.

I migliori interferometri esistenti, dicono i ricercatori, sono giganteschi e usano i laser piuttosto che questo tipo di fenomeno quantistico attivato da fotoni per misurare le onde gravitazionali (GW). Essi spiegano :

“La sensibilità GW può essere ulteriormente migliorata sopprimendo gli effetti del rumore nel nostro segnale, fornendo un rapporto segnale / rumore migliorato. Una seconda differenza cruciale tra gli interferometri laser e questo modello è che il relativo limite quantistico standard non è un fattore limitante. In effetti il ​​nostro interferometro è il meccanismo più vicino agli interferometri a singolo atomo, che sono stati suggeriti come alcuni dei primi schemi di interferometria atomica per il rilevamento di GW “.

Il nanodiamante rappresenta un nuovo paradigma per misurare non solo le onde gravitazionali – una capacità sviluppata quasi come effetto collaterale durante altre ricerche – ma come un modo per misurare e dimostrare idee molto più grandi e più varie.

C’è un grosso ostacolo: questo documento riguarda i calcoli, ma la tecnologia per implementarlo non è ancora del tutto fattibile. “È disponibile la tecnologia per ottenere un alto vuoto o una bassa temperatura, ma abbiamo bisogno della tecnologia per ottenere entrambi allo stesso tempo“, afferma Mazumdar, il che significa che le rigorose condizioni necessarie non possono essere soddisfatte finché non viene sviluppato qualcosa di nuovo.
I ricercatori, tuttavia, non ritengono che questo richiederà molto tempo. “Sebbene il sensore che abbiamo proposto sia ambizioso nella sua portata, non sembra esserci alcun ostacolo fondamentale o insormontabile alla sua creazione utilizzando le tecnologie attuali e del prossimo futuro“, concludono nel documento.
L’obiettivo finale dei ricercatori è dimostrare se la gravità è un fenomeno quantistico. Questo potrebbe essere fatto, credono, sviluppando questa tecnologia nei prossimi decenni fino a quando non potrà essere preparata, mantenuta a temperatura e poi testata. “Per garantire che l’unica interazione tra i due oggetti impigliati sia la gravità tra di loro, l’esperimento dovrebbe essere fatto in caduta libera“, conclude Mazumdar.