Proprietà quantistiche delle bolle atomiche in assenza di gravità

Sarà capitato a tutti da bambini di giocare con le bolle di sapone. Una bolla è un oggetto apparentemente semplice, ma che nasconde una fisica complicata che continua ad ispirare ricerche di avanguardia ancora oggi. In esperimenti condotti nello spazio, a bordo della stazione spaziale internazionale, si stanno infatt i studiando le proprietà dei gas a forma di bolla a temperature prossime allo zero assoluto. In queste condizioni estreme la materia è governata dalle leggi della meccanica quantistica e si comporta come un’unica grande onda, uno stato della materia chiamato condensato di Bose-Einstein. Questa configurazio ne, in cui gli atomi che compongono il gas possono fluire senza attrito, è ottenuta confinando la materia con fasci laser e campi magnetici.Iricercatori dell’Università di Padova Andre a Tononi e Luca Salasnich, in collaborazione con Fabio Cinti dell’Università di Firenze, hanno recentemente scoperto le proprietà peculiari di queste bolle quantistiche nell’articolo Quantum Bubbles in Microgravity, pubblicato sulla prestigiosa rivista «Physical Review Letters». L’espansione libera degli atomi, che si può pensare in analogia allo scoppio di una bolla di sapone, evidenzia infatti le proprietà puramente quantomeccaniche di interferenza, che distinguono questo sistema dai precedenti esperimenti con i condensati di Bose-Einste in. Questo lavoro prosegue una ricerca precedente del gruppo padovano, pubblicata anch’essa su «Physical Review Letters», e fa luce sulle connessioni tra la fisica della materia e la topologia, quella branca della matematica che studia l’equivalenza per deformazione di oggetti bucati come le bolle o gli anelli.
«Le nostre predizioni teoriche saranno verificate in esperimenti condotti in microgravità nel Cold Atom Laboratory della NASA -spiega il dottorando Andrea Tononi-poichésulla Terra gli atomi occuperebbero solo la parte inferiore della bolla a causa della forza di gravità. Nello studio, prevediamo che per osservare una copertura completa della bolla sarà necessario raffreddare i gas a temperature particolarmente basse, ma siamo confidenti che gli avanzamenti tecnici del macchinario consentiranno di raggiungere tali regimi.Come spiega il prof. Luca Salasnich, questo filone di ricerca è particolarmente promettente, perché «è un importante contributo allo sviluppo della scienza spaziale ed allo studio delle manifestazio ni macroscopiche della meccanica quantistica in assenza di gravità. Attualmente si ritiene che i condensati di Bose-Einstein siano gli oggetti chiave per comprendere i fenomeni quantistici che sono alla base di formidabili applicazioni tecnologiche quali, ad esempio, la luce laser, la risonanzamagnetica, ed i computer quantistici».