Misurata la forza più piccola di sempre

Foto copyright Roy Kaltschmidt
Un gruppo di ricercatori dell'Università della California di Berkeley ha annunciato di aver misurato la più piccola quantità di forza mai osservata prima. Grazie a una combinazione di laser e tecniche ottiche, i ricercatori sono riusciti a rilevare una forza di 42 yoctonewton, circa un quadrilionesimo di un normale newton.
Gli scienziati di mezzo secolo fa avevano previsto che la forza più piccola teoricamente misurabile, il limite quantistico standard (SQL), sarebbe stata misurata vent'anni a quella parte. Oggi, tre decenni più tardi, siamo ancora molto indietro: i più recenti tentativi hanno raggiunto valori 6-8 ordini maggiori del limite. Questa nuova misurazione, solo 4 ordini al di sopra del limite teorico, ci avvicina molto al tanto atteso momento in cui misureremo la forza più piccola prevista dalla meccanica quantistica.
«Abbiamo applicato una forza esterna al baricentro di una nube criogenica di atomi in una cavità ottica estremamente precisa e misurato il moto risultante otticamente», spiega Dan Stamper-Kurn, che ha guidato il team di ricercatori. «Quando la forza è entrata in risonanza con la frequenza d'oscillazione della nube, abbiamo raggiunto una precisione che è di solo quattro ordini al di sopra dell'SQL, la misurazione più precisa che può essere effettuata».
L'SQL è previsto dal principio di indeterminazione di Heisenberg, secondo il quale due misurazioni complementari - in questo caso forza e moto - possono diventare più precise solamente influenzandosi negativamente l'un l'altra. I sistemi ottici usati per misurare la forza raggiungeranno un punto in cui i loro dati saranno deteriorati più dall'azione di misurare che dall'oggetto che dovrebbero misurare.
I ricercatori hanno utilizzato un oscillatore meccanico generato da due campi luminosi di onde stazionarie a lunghezze d'onda leggermente diverse per intrappolare otticamente una nube di soli 1200 atomi di rubidio. Raffreddata la nube quasi fino allo zero assoluto, circa -273 gradi centigradi, una delle onde di luce ha generato una forza sulla nube, alterando leggermente la sua ampiezza. La forza è poi stata misurata usando un laser.
«Quando applichiamo una forza esterna al nostro oscillatore è come colpire un pendolo con una mazza e misurare la reazione», spiega Sydney Schreppler. «La chiave per la nostra precisione è stata la nostra capacità di isolare gli atomi di rubidio dal loro ambiente e mantenerli a temperature molto basse. La luce laser che abbiamo usato per intrappolare gli atomi li isola dall'ambiente esterno ma non li riscalda, così da poter rimanere freddi abbastanza da permetterci di avvicinarci ai limiti della percettibilità».
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