Il caos quantistico, una teoria fino a poco tempo fa solo teorica, è stato finalmente osservato sperimentalmente, confermando una teoria quarantennale riguardante il comportamento degli elettroni in spazi confinati. Grazie all’utilizzo di avanzate tecniche di imaging sul grafene, i ricercatori hanno potuto confermare l’esistenza delle cosiddette “cicatrici quantistiche”, dove gli elettroni seguono orbite chiuse uniche. Questa scoperta potrebbe avere un impatto rivoluzionario sull’elettronica, aprendo la strada a transistor più efficienti dal punto di vista energetico e a nuovi approcci nel controllo quantistico.
La ricerca ha gettato luce sui sistemi quantistici caotici, colmando il divario tra la fisica classica e quella quantistica. Il team internazionale di ricerca, guidato dal fisico Jairo Velasco Jr dell’UC Santa Cruz, ha risolto il mistero dell’emergere dei modelli dal caos nel regno quantistico. Lo studio, pubblicato su Nature il 27 novembre, ha confermato una teoria quarantennale secondo cui gli elettroni confinati in spazi quantistici seguono traiettorie prevedibili anziché casuali.
Gli elettroni sono particelle uniche poiché mostrano sia proprietà di particelle che di onde. Il loro comportamento, a differenza di quello di una palla che rotola in modo prevedibile, è spesso controintuitivo. In determinate condizioni, la natura ondulatoria degli elettroni può causare interferenze, creando pattern distinti di movimento che i fisici definiscono “orbite chiuse uniche”.
Per raggiungere questo risultato, nel laboratorio di Velasco è stata impiegata una combinazione sofisticata di tecniche avanzate di imaging e di controllo preciso del comportamento degli elettroni all’interno del grafene, un materiale ampiamente utilizzato nella ricerca per le sue proprietà uniche e la sua struttura bidimensionale ideale per osservare gli effetti quantistici.
Utilizzando la sonda finemente appuntita di un microscopio a scansione a effetto tunnel, il team di Velasco ha creato una trappola per gli elettroni e ha potuto osservare i loro movimenti senza disturbarli fisicamente. Questo approccio ha permesso di confermare che gli elettroni che seguono orbite chiuse in uno spazio confinato mantengono meglio le loro proprietà subatomiche durante lo spostamento da un punto all’altro.
Le “cicatrici quantistiche”, come vengono chiamate in fisica queste orbite uniche degli elettroni, sono state per la prima volta teorizzate nel 1984 dal fisico Eric Heller dell’Università di Harvard. Le cicatrici sono una localizzazione intorno a orbite che ritornano su se stesse, un fenomeno che ha implicazioni significative nel mondo quantistico, come spiega Heller, coautore dello studio.
Con la dimostrazione sperimentale della teoria di Heller, i ricercatori ora hanno una base empirica per esplorare possibili applicazioni pratiche. L’incorporazione di design basati sulle cicatrici quantistiche potrebbe rendere i transistor attuali ancora più efficienti, migliorando dispositivi come computer, smartphone e tablet che si basano su transistor densamente impacchettati per aumentare la potenza di elaborazione.
Il team di Velasco ha utilizzato un modello visivo chiamato “biliardo” per illustrare la differenza tra il caos classico e quello quantistico. In un esperimento, hanno creato un biliardo a forma di stadio su grafene, permettendo di osservare direttamente il caos quantistico in azione e i pattern delle orbite degli elettroni all’interno di questo ambiente controllato.
Il potenziale di sfruttare il caos quantistico per sviluppare nuovi metodi di controllo e trasmissione dell’informazione a livello nanometrico è entusiasmante. La comprensione delle cicatrici quantistiche potrebbe aprire la strada a innovazioni significative nel campo dell’elettronica e del controllo quantistico, aprendo nuove prospettive per il futuro della tecnologia.
Links:
