Ricercatori ITMO Modellano la Dinamica Galattica Tramite Ioni Intrappolati

Gli esperti dell'Università ITMO hanno sviluppato una metodologia innovativa che consente di simulare con elevata precisione il moto delle stelle rispetto al centro della Galassia e le successive evoluzioni della Via Lattea. Il cuore di questo approccio risiede nell'utilizzo di ioni atomici, mantenuti in una speciale trappola di laboratorio. Questo permette di superare i limiti dei puri calcoli matematici, introducendo uno studio sperimentale dei processi astrofisici basato sul principio di analogia o similitudine.

Semën Rudoj, ricercatore presso il Centro di Ricerca e Formazione in Fisica delle Nanostrutture di ITMO, ha chiarito che questa tecnica offre la possibilità di replicare un sistema cosmico letteralmente “nel palmo di una mano”. È possibile così esaminare fenomeni astrofisici e persino esercitare un'influenza su di essi, utilizzando le particelle cariche intrappolate come un surrogato delle stelle. Le galassie, al pari di altre strutture cosmiche di vasta scala, costituiscono sistemi dinamici estremamente complessi. In tali sistemi, anche le minime variazioni nelle condizioni iniziali possono generare esiti imprevedibili nel lungo periodo, limitando inevitabilmente l'accuratezza dei modelli computazionali tradizionali.

Per effettuare previsioni su intervalli temporali estesi, gli astronomi fanno ricorso abitualmente a costrutti matematici semplificati. Un esempio emblematico è il potenziale di Hénon-Heiles, introdotto da Michel Hénon e Carl Heiles nel 1964. Lo studio condotto dai ricercatori di ITMO, sostenuto dal Fondo Russo per la Scienza, ha dimostrato che le traiettorie degli ioni atomici all'interno di una trappola quadripolare manifestano un comportamento analogo alle orbite stellari all'interno del potenziale galattico. I fisici hanno così constatato che il classico potenziale astrofisico di Hénon-Heiles può essere effettivamente riprodotto all'interno di un sistema di ioni atomici.

Per creare la configurazione di campo elettrico richiesta all'interno della trappola, vengono impiegati elettrodi specifici. Questi sono realizzati con ossido di indio-stagno depositato su substrati di vetro. Dmitrij Šerbinin, ricercatore senior presso lo stesso centro, ha sottolineato un punto fondamentale: i sistemi caotici, nonostante le differenze intrinseche nella loro natura (che operano a livello macroscopico o microscopico), sono governati da leggi universali. Questa osservazione permette di postulare l'esistenza di regolatori comuni a diversi sistemi caotici, capaci di replicare reciprocamente il proprio comportamento.

In ambiti correlati, come quello del calcolo quantistico basato su ioni, la competenza scientifica russa è già ben consolidata. A titolo di esempio, i ricercatori russi del FIAN (Istituto di Fisica dell'Accademia delle Scienze) hanno raggiunto nel dicembre 2025 una precisione record nelle operazioni a singolo qubit su un computer a 70 qubit. Questo risultato testimonia l'alto livello di maestria raggiunto nella manipolazione dei sistemi ionici. Mentre i colleghi internazionali, come Christopher Monroe, vedono nelle simulazioni quantistiche su ioni una piattaforma promettente per modellare sistemi a materia condensata, la nuova iniziativa russa si concentra specificamente sulla creazione di modelli astrofisici su scala macroscopica, sfruttando gli stessi principi fondamentali per il controllo delle particelle cariche.