Un team di ricercatori dell'ETH di Zurigo e dell'Istituto di Scienze Foniche di Barcellona ha ottenuto un risultato di rilievo nella fisica quantistica, dimostrando la delocalizzazione quantistica controllata di una nanoparticella di silice in una trappola ottica. La ricerca, pubblicata su Physical Review Letters, è un passo avanti fondamentale per l'esplorazione dei limiti della meccanica quantistica e delle sue potenziali applicazioni tecnologiche.
Superando la limitazione del moto di punto zero, che tradizionalmente ostacola l'osservazione dell'interferenza quantistica in oggetti più grandi, il team ha impiegato un metodo di espansione controllata. Utilizzando un sistema di pinzette ottiche modulate, hanno variato la rigidità della trappola luminosa in microsecondi, aumentando la lunghezza di coerenza di oltre tre volte, da circa 21 a oltre 70 picometri nei casi migliori. Una maggiore lunghezza di coerenza è essenziale per manifestare l'interferenza quantistica, aumentando la probabilità che il sistema esibisca un comportamento ondulatorio.
Sebbene le cifre siano ancora modeste, lo studio dimostra la fattibilità di un'espansione controllata senza compromettere la purezza quantistica della particella. Questo progresso apre nuove prospettive per lo studio di fenomeni quantistici precedentemente osservati solo in sistemi atomici o molecolari, avvicinando la meccanica quantistica al mondo macroscopico.
Studi correlati, come quelli del progetto QnanoMECA finanziato dall'European Research Council (ERC), hanno già evidenziato la capacità di ridurre l'energia meccanica degli oscillatori nanomeccanici quantistici, avvicinandoli al regime quantistico dei singoli fononi. Oltre alla sua importanza teorica, questa tecnica promette applicazioni nello sviluppo di sensori di forza quantistici, capaci di rilevare variazioni minime nei campi elettrici o gravitazionali con una precisione superiore alle tecnologie attuali.
Inoltre, la ricerca apre nuove vie per indagare la connessione tra meccanica quantistica e gravità, un'area ancora poco esplorata sperimentalmente. Alcune teorie suggeriscono che due masse quantistiche delocalizzate potrebbero generare entanglement gravitazionale, e i metodi descritti in questo studio rappresentano un passo verso la realizzazione pratica di tali idee.
La ricerca si inserisce nel contesto più ampio dei progressi nella levitazione ottica di nanoparticelle, con l'obiettivo di esplorare i limiti della meccanica quantistica su scale sempre maggiori. La capacità di controllare la delocalizzazione quantistica in nanoparticelle levitate segna un importante avanzamento nella comprensione e nell'applicazione della meccanica quantistica su scale macroscopiche, aprendo nuove possibilità nella ricerca fondamentale e nello sviluppo di tecnologie quantistiche avanzate.