Una nuova tecnologia di raffreddamento quantistico apre la strada a temperature ultra-fredde

Tutto è fermo, nulla si muove: sembra che il tempo si sia fermato. È più o meno così che si potrebbe immaginare un mondo a -273,15 gradi Celsius, una temperatura che, secondo la termodinamica, non potrà mai essere raggiunta. Ciononostante, i fisici fanno a gara per avvicinarsi il più possibile allo zero assoluto, poiché la natura meccanica quantistica dei sistemi di particelle è chiaramente evidente in queste regioni ultra-fredde. Il record attuale è di 38 picokelvin, cioè appena 38 trilionesimi di grado sopra lo zero. Per raggiungere questo risultato, in passato gli esperti hanno utilizzato laser e campi magnetici per rallentare gli atomi e quindi raffreddarli. Tuttavia, i ricercatori guidati da Ju Li del Massachusetts Institute of Technology di Cambridge hanno ora sviluppato un metodo di raffreddamento completamente nuovo che potrebbe raffreddare ulteriormente le particelle in futuro.

Come riportano in un articolo che sarà presto pubblicato sulla rivista la rivista "Physical Review Letters", un'insolita proprietà meccanica quantistica potrebbe essere utilizzata per raffreddare le particelle in modo più rapido e intenso rispetto al passato. Li e il suo team hanno studiato i cosiddetti sistemi non hermitiani, ossia sistemi quantistici che non sono chiusi e che quindi scambiano energia con il loro ambiente. Poiché l'energia in essi non si conserva, si verificano fenomeni sorprendenti: Tra le altre cose, si verificano strane distribuzioni non uniformi di particelle.

Nell'effetto pelle non hermitiano, ad esempio, la probabilità di trovare una particella a un'estremità di un'asta è estremamente alta, mentre la probabilità all'altra estremità è quasi nulla. Gli esperti di solito prestano attenzione al picco più alto, scrivono Li e i suoi colleghi nel loro articolo, ma il potenziale dell'altra estremità "soppressa" ha ricevuto finora poca attenzione. L'aspetto particolarmente interessante è che questo effetto pelle può essere trasferito non solo a particelle reali come gli elettroni, ma anche a eccitazioni che si comportano semplicemente come particelle, come le vibrazioni mediate dal calore.

Il team del MIT ha quindi calcolato cosa succede quando l'effetto pelle non hermitiano viene applicato a queste oscillazioni: Secondo questo metodo, il calore del sistema si accumulerebbe a un'estremità dell'asta, mentre l'altra estremità si raffredderebbe rapidamente. Applicando questo metodo a sistemi già raffreddati, ad esempio dai laser, i ricercatori sperano di raggiungere in futuro temperature ancora più basse e vicine allo zero.

Il lavoro del team di Li è per ora solo teorico. Tuttavia, il fisico Uroš Delić dell'Università di Vienna, che ha partecipato al lavoro, sta già sperimentando sistemi non Hermitiani. Come spiega in un articolo di "New Scientist", attualmente sta cercando di implementare il nuovo metodo di raffreddamento in laboratorio.

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