Osservare la meccanica quantistica ad occhio nudo

Un team di Cambridge ha costruito un chip semiconduttore che converte gli elettroni in uno stato quantico che emette luce abbastanza grande da poter essere vista a occhio nudo. Poiché il loro superfluido quantistico viene semplicemente impostato facendo brillare raggi laser sul dispositivo, può portare a pratici rilevatori ultrasensibili. La loro ricerca è pubblicata su Nature Physics

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Un team di Cambridge ha costruito un chip semiconduttore che converte gli elettroni in uno stato quantistico che emette una luce abbastanza forte da poter essere vista a occhio nudo. Poiché il loro superfluido quantistico viene semplicemente impostato facendo brillare raggi laser sul dispositivo, può portare a pratici rilevatori ultrasensibili. La loro ricerca è stata pubblicata su Nature Physics.

La meccanica quantistica mostra la sua influenza

La meccanica quantistica normalmente mostra la sua influenza solo per minuscole particelle a temperature ultrabasse, ma il team ha miscelato elettroni con la luce per sintetizzare particelle quantistiche sovradimensionate dello spessore di un capello umano, che si comportano come superconduttori.

Costruendo cavità microscopiche che intrappolano strettamente la luce nelle vicinanze degli elettroni all’interno del chip, hanno prodotto nuove particelle chiamate “polaritoni che pesano molto poco, inducendoli a vagare ampiamente.

La dott.ssa Gab Christmann, in collaborazione con il professor Jeremy Baumberg e la dott.ssa Natalia Berloff dell’Università di Cambridge, insieme a un team a Creta, ha prodotto i nuovi campioni speciali necessari che consentono ai polaritoni di fluire liberamente senza bloccarsi.

Iniettando il laser in due punti, hanno scoperto che il fluido quantistico risultante ha iniziato spontaneamente a oscillare avanti e indietro nel processo, formando alcuni dei più caratteristici stati del pendolo quantistico noti agli scienziati, ma migliaia di volte più grandi del normale.

Secondo Christmann: “Questi polaritoni preferiscono in modo schiacciante marciare al passo l’uno con l’altro, aggrovigliandosi quantisticamente”.

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Il liquido quantistico risultante ha alcune proprietà peculiari, incluso il tentativo di respingersi. Può anche ruotare solo in quantità fisse, producendo vortici disposti in linee regolari.

Spostando i raggi laser, il Dr. Christmann e i suoi colleghi hanno controllato direttamente lo sciabordio del liquido quantistico, formando un pendolo che batte un milione di volte più velocemente di un cuore umano.

Il Dr. Christmann ha aggiunto: “Questo non è qualcosa che ci saremmo mai aspettati di vedere direttamente, ed è miracoloso quanto debbano essere perfetti come specchi i nostri campioni. Possiamo guidare al volo i nostri fiumi di liquido quantistico di polaritoni con i raggi laser”.

L’aumento del numero di raggi laser crea stati quantistici ancora più complicati

L’obiettivo del lavoro è creare tali stati quantistici utilizzando una batteria elettrica e a temperatura ambiente, il che consentirebbe a una nuova generazione di giroscopi ultrasensibili di misurare la gravità, il campo magnetico e creare circuiti quantistici.

Ma come afferma Christmann: “Stimolare e vedere la meccanica quantistica lavorare davanti ai tuoi occhi è incredibile”.

La ricerca è stata finanziata dall’Engineering and Physical Sciences Research Council e dall’UE.

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