Un team di ricerca ha sperimentato un circuito elettrico per esplorare le proprietà della gravità quantistica, con l’obiettivo di far progredire sia la fisica teorica sia la tecnologia di elaborazione dei segnali.
Comprendere la gravità quantistica: colmare il divario
La gravità non è più un mistero per i fisici, almeno quando si tratta di grandi distanze: grazie alla scienza, possiamo calcolare le orbite dei pianeti, prevedere le maree e inviare razzi nello spazio con precisione. Tuttavia, la descrizione teorica della stessa raggiunge i suoi limiti a livello delle particelle più piccole, il cosiddetto livello quantistico.
La Professoressa Johanna Erdmenger, titolare della cattedra di fisica teorica III presso l’Università di Würzburg (JMU) in Baviera, Germania, ha dichiarato: “Per spiegare il Big Bang o l’interno dei buchi neri, dobbiamo comprendere le proprietà della gravità quantistica. A energie molto elevate, le leggi classiche della stessa falliscono. Pertanto, il nostro obiettivo è contribuire allo sviluppo di nuove teorie che possano spiegare la gravità a tutte le scale, incluso il livello quantistico”.
Il ruolo della corrispondenza AdS/CFT nella gravità quantistica
La “corrispondenza AdS/CFT”, una teoria centrale della gravità quantistica, svolge un ruolo importante nello sviluppo di nuovi modelli. Essa afferma che le complesse teorie gravitazionali in uno spazio ad alta dimensione possono essere descritte da teorie quantistiche più semplici al confine di quello spazio.
AdS è l’acronimo di ‘Anti-de Sitter’, uno spaziotempo curvo a curvatura negativa, paragonabile a una sella di cavallo. CFT, invece, sta per ‘teoria dei campi conformi’, una teoria che descrive sistemi quantistici invarianti sotto trasformazioni conformi, ovvero che mantengono le stesse proprietà a scale diverse.
Erdmenger ha spiegato: “Sembra molto complicato all’inizio, ma è facile da spiegare. La corrispondenza AdS/CFT ci consente di comprendere processi gravitazionali difficili, come quelli che esistono nel mondo quantistico, utilizzando modelli matematici più semplici. Al centro c’è uno spaziotempo curvo, che può essere pensato come un imbuto. La corrispondenza afferma che la dinamica quantistica sul bordo dell’imbuto deve corrispondere alla dinamica più complessa all’interno, in modo simile a un ologramma su una banconota, che genera un’immagine tridimensionale anche se è solo bidimensionale”.
Approcci sperimentali alla gravità quantistica
Insieme al suo team, Erdmenger ha ora sviluppato un metodo per testare sperimentalmente le previsioni della corrispondenza AdS/CFT precedentemente non confermata: un circuito elettrico ramificato viene utilizzato per imitare lo spazio-tempo curvo. I segnali elettrici nei singoli punti di diramazione del circuito corrispondono alle dinamiche gravitazionali che si troverebbero in diversi punti dello spazio-tempo.
I calcoli teorici del team di ricerca hanno mostrato che nel circuito proposto, le dinamiche al limite dello spazio-tempo imitato corrispondono anche a quelle all’interno, e quindi una previsione centrale della corrispondenza AdS/CFT può essere realizzata dal circuito.
Come passo successivo, il team di ricerca di Würzburg ora prevede di mettere in pratica l’impostazione sperimentale descritta nello studio. Oltre a significativi progressi nella ricerca gravitazionale, questo potrebbe anche portare a innovazioni tecniche.
Secondo Erdmenger: “I nostri circuiti aprono anche nuove applicazioni tecnologiche, basati sulla tecnologia quantistica, si prevede che trasmettano segnali elettrici con perdite ridotte, poiché la curvatura simulata dei fasci spaziali stabilizza i segnali. Questo rappresenterebbe una svolta per la trasmissione del segnale nelle reti neurali utilizzate per l’intelligenza artificiale, ad esempio”.
L’Università di Alberta, Canada, il Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems di Dresda, Germania, l’Università dell’Alabama a Tuscaloosa, USA, e la Cattedra di Fisica Teorica I presso l’Università di Würzburg, Germania, sono stati coinvolti come partner collaboratori nello studio internazionale. Il supporto finanziario è stato fornito dal Cluster of Excellence di Würzburg-Dresden “ct.qmat – Complexity and Topology in Quantum Materials”.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters.
