I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno compiuto una vera impresa: hanno fornito prove visive (ovvero foto) di comportamenti quantistici che in precedenza erano stati previsti solo a livello teorico. Naturalmente, sono già state scattate fotografie degli atomi in precedenza e gli esperti hanno utilizzato vari metodi, in particolare la cosiddetta tecnica dell'assorbimento delle immagini, in cui la luce laser viene proiettata sulla nube atomica e proietta la sua ombra sullo schermo della fotocamera.
"Queste tecniche ci permettono di vedere la forma e la struttura complessiva della nube atomica, ma non i singoli atomi. È come vedere una nube nel cielo ma non le singole molecole d'acqua che la compongono", ha affermato Martin Zwierlein, professore di fisica al MIT. La sfida in questo ambito riguarda principalmente le dimensioni: il diametro di un atomo è di circa un decimo di nanometro, ovvero circa un milionesimo dello spessore di un capello umano. A differenza dei capelli, però, gli atomi operano secondo le strane regole della meccanica quantistica, in cui la posizione e la velocità precise non possono essere conosciute simultaneamente.
I fisici del MIT hanno sviluppato un metodo completamente nuovo, che hanno chiamato microscopia a risoluzione atomica. Per prima cosa, una nuvola di atomi viene intrappolata in una trappola poco stretta creata da un raggio laser. Questa trappola trattiene gli atomi in un unico posto, dove possono interagire liberamente. I ricercatori poi illuminano una griglia luminosa, che congela gli atomi sul posto. Un secondo laser illumina poi gli atomi sospesi, la cui fluorescenza ne rivela le posizioni uniche. I fisici hanno utilizzato la loro tecnica speciale per visualizzare nubi di diversi tipi di atomi e hanno notato una serie di cose interessanti. Ad esempio, hanno osservato direttamente particelle elementari note come bosoni, che si raggruppavano per formare un'onda in un fenomeno quantistico. Sono stati anche in grado di fotografare fermioni subatomici a mezzo spin mentre si accoppiano nello spazio libero, un meccanismo chiave che consente la superconduttività. "Potevamo vedere i singoli atomi in queste interessanti nubi atomiche e il loro rapporto tra loro, il che era meraviglioso", ha affermato Zwierlein con entusiasmo.
Per i fisici, queste immagini hanno un significato che va ben oltre i semplici risultati tecnici, poiché forniscono una conferma visiva di comportamenti della fisica quantistica rimasti nascosti all'osservazione diretta per decenni. I ricercatori intendono inoltre utilizzare la loro nuova sonda di imaging per studiare comportamenti quantistici ancora più esotici, in particolare nel campo della fisica quantistica di Hall, in cui gli elettroni mostrano un comportamento nuovo e correlato in presenza di campi magnetici. Lo studio, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, rappresenta un’importante pietra miliare per comprendere la natura profonda della materia e apre le porte a una nuova era della visualizzazione quantistica.