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Introduzione

Secondo nuovo studio pubblicato sulla rivista Science, lo sfruttamento della natura ondulatoria degli atomi in una configurazione di interferometro può essere utilizzato per fornire una misura precisa della gravità. Le applicazioni, di questo nuovo metodo, sono molteplici. Attraverso misurazioni sempre più precise sarà possibile effettuare test fondamentali della relatività generale, oltre ad altre potenziali applicazioni.

La ricerca

Atoms in a spatially-separated quantum superposition are suspended against Earth’s gravity, using the standing wave formed by an optical cavity. Credit: Sarah Davis

Un team di ricercatori dell’Università della California, Berkeley, guidato da Victoria Xu, ha trovato un nuovo modo per misurare la gravità: utilizzato dei laser vengono rilevate le differenze di atomi in uno stato di sovrapposizione sospeso in aria. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Science, il gruppo descrive la loro nuova tecnica e spiega perché credono che sarà più utile dei metodi tradizionali.

Attualmente, il modo standard di condurre esperimenti di gravità è far cadere le cose lungo i tubi schermati e misurarli mentre sfrecciano mentre i vari strumenti rilevano i dati. Oltre a dare ai ricercatori un breve assaggio delle interazioni gravitazionali, tali metodi spesso cadono preda di campi magnetici vaganti inattesi. In questo nuovo studio, i ricercatori hanno trovato un modo, diverso, per misurare la gravità che non comporta affatto il semplice far cadere gli oggetti.

Il nuovo metodo

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Laser light (purple) shines into our ultra-high vacuum chamber to laser-cool atoms to less than half a millionth of a degree above absolute zero. A pair of mirrors mounted inside the vacuum chamber enhance flashes of light which kick, suspend, and interfere the atoms. Credit: Victoria Xu

Il nuovo approccio prevede il rilascio di una nuvola di atomi di cesio nell’aria in una piccola camera e utilizzare luci lampeggianti per dividerne alcuni in uno stato di sovrapposizione.  Una volta divisi, i laser vangono usati per mantenere tutti gli atomi in posizioni fisse con uno di ogni coppia sollevato leggermente più in alto rispetto al suo compagno. Il team ha quindi misurato la dualità delle particelle d’onda di ciascun atomo, che è influenzata dalla gravità. Misurando la differenza di dualità tra gli atomi accoppiati (a causa della differenza nelle loro distanze dalla Terra), i ricercatori sono stati in grado di elaborare una misurazione della gravità.

Altre possibili applicazioni

La tecnica consentirebbe che le misurazioni avvengano in periodi di tempo più lunghi dal momento che gli atomi misurati non si muovono. Applicazioni di tale metodo sono previste anche per misurare l’attrazione gravitazionale tra due oggetti, come l’attrazione gravitazionale su un atomo da parte di un marmo. E poiché l’apparato utilizzato per misurare tale attrazione è piccolo, sarebbe molto più facile proteggersi dalle interferenze di campi magnetici casuali. Potrebbe anche consentire la costruzione di dispositivi portatili di misurazione della gravità che potrebbero essere utilizzati per misurare l’attrazione gravitazionale della Terra in luoghi diversi consentendo, ad esempio, la identificazione di depositi di minerali. Facendo un ulteriore passo avanti, il nuovo modo di misurare la gravità potrebbe rivelarsi utile per gli scienziati che cercano di comprendere la natura della materia oscura e di testare altre idee fisiche, come il principio di equivalenza.

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