Termometro quantistico per misurare la temperatura dello spazio-tempo

Un nuovo termometro quantistico è stato progettato per misurare i minimi cambiamenti di temperatura nel tessuto dello spazio-tempo

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Termometro quantistico per misurare la temperatura dello spazio-tempo
Termometro quantistico per misurare la temperatura dello spazio-tempo

Un nuovo termometro quantistico è stato progettato per misurare i minimi cambiamenti di temperatura nel tessuto dello spazio-tempo. Il dispositivo consentirà agli scienziati, per la prima volta, di osservare le conseguenze di una teoria fisica relativa alla relatività di Einstein.

La Teoria della Relatività Speciale di Einstein ci dice che la velocità con cui si muove un osservatore determina il modo in cui quell’osservatore percepisce il tempo. Gli effetti si notano solo quando gli osservatori si avvicinano al limite di velocità cosmica: la velocità della luce (300.000 chilometri al secondo).

Mettendo la gravità nel mix, Einstein ha ampliato la sua teoria per derivare la Teoria della Relatività Generale che ci dice che lo spazio e il tempo formano il tessuto dell’universo che può deformarsi e flettersi.

Si scopre che, proprio come la relazione tra velocità e tempo, gli osservatori che si muovono a diverse accelerazioni percepiranno la temperatura in modo diverso. Queste differenze, seppur minuscole, sono una conseguenza delle stesse relazioni relativistiche che Einstein formulò nelle sue famose teorie.

Un diagramma spazio-temporale diviso in quattro quadranti: cunei di Rindler sinistro e destro e coni di luce futuri e passati. Lo stato di vuoto può essere scritto come uno stato aggrovigliato tra i cunei di Rindler o tra i coni di luce. Per un osservatore in uno di questi quadranti (ad esempio, il futuro), il monitoraggio degli stati non osservati (ad esempio, nel passato) porta all'effetto Unruh (simile al tempo). La freccia rappresenta la traiettoria spazio-temporale del rivelatore. Credito: lettere di revisione fisica (2022).
Un diagramma spazio-temporale diviso in quattro quadranti: cunei di Rindler sinistro e destro e coni di luce futuri e passati. Lo stato di vuoto può essere scritto come uno stato aggrovigliato tra i cunei di Rindler o tra i coni di luce. Per un osservatore in uno di questi quadranti (ad esempio, il futuro), il monitoraggio degli stati non osservati (ad esempio, nel passato) porta all’effetto Unruh (simile al tempo). La freccia rappresenta la traiettoria spazio-temporale del rivelatore. Credito: lettere di revisione fisica (2022).

Il termometro quantistico consentirà di misurare le temperature ultrafredde

“Nel 1976 il fisico canadese William Unruh ha combinato il lavoro di Einstein con l’altra teoria fondamentale della fisica moderna, la meccanica quantistica, e ha predetto che il tessuto dello spazio-tempo ha una temperatura molto bassa”, ha affermato Quach. “Intrigante questa temperatura è cambiata a seconda della velocità con cui ti muovi.”



Quach ha spiegato che questi cambiamenti nella temperatura del tessuto dell’universo, a seconda dell’accelerazione, sono stati finora non osservabili.

“Per vedere questo cambiamento di temperatura, dovresti muoverti in modo estremamente veloce. Per vedere anche solo un cambiamento di grado nella temperatura dovresti avvicinarti alla velocità della luce. Finora, queste velocità estreme hanno impedito ai ricercatori di verificare la teoria di Unruh”.

Non solo il termometro quantistico non richiede un’accelerazione vicina alla velocità della luce, ma è completamente fermo.

“In teoria un termometro quantistico non ha bisogno di accelerare fisicamente, utilizza invece un campo magnetico per accelerare il gap energetico interno del dispositivo”, ha affermato Quach.

E Quach ha spiegato anche che un tale dispositivo può essere costruito con l’attuale tecnologia. “Il progetto teorico del termometro quantistico si basa sulla stessa tecnologia utilizzata per costruire computer quantistici”.

Il lavoro del team sulla progettazione di un termometro quantistico ha implicazioni per la ricerca futura, consentendo ai fisici di misurare per la prima volta con precisione temperature ultrafredde.

La ricerca, guidata dal dottor James Q Quach dell’Università di Adelaide, è stata pubblicata sulla rivista Physical Review Letters.

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