Ricercatori toscani per la prima "pioggia quantistica"

FIRENZE — Osservata a Firenze la prima "pioggia quantistica", ovvero la formazione di file di gocce quantistiche in miscele di atomi ultrafreddi. Il fenomeno è dovuto alla tensione superficiale che, analogamente a quanto osservato nei liquidi classici, provoca la rottura di un filamento atomico in gocce per minimizzare la superficie di interfaccia.

L'osservazione, avvenuta nel laboratorio di Miscele Quantistiche dell’Istituto nazionale di ottica del Cnr (Cnr-Ino) è stata effettuata da un team di ricercatori e ricercatrici del Consiglio nazionale delle ricerche, dell’università di Firenze e del Laboratorio europeo di spettroscopie non lineare (Lens).

Un risultato che ha importanti implicazioni per la comprensione e manipolazione di nuove forme di materia. 

"Nella fisica dei fluidi - spiegano i ricercatori- è noto che la tensione superficiale di un liquido, dovuta alle forze di coesione intermolecolari, tende a minimizzare la superficie di interfaccia. Questo meccanismo è alla base di fenomeni macroscopici come la formazione delle gocce di pioggia o delle bolle di sapone. La tensione superficiale è anche all’origine del fenomeno dell’instabilità capillare, nota anche come instabilità di Plateau-Rayleigh, per cui un sottile getto di liquido si rompe formando una sequenza di goccioline. L’instabilità capillare è un meccanismo caratteristico dei liquidi con importanti applicazioni in campo industriale, biomedico e nelle nanotecnologie".

“In un gas atomico raffreddato a temperature prossime allo zero assoluto - proseguono i ricercatori-gli atomi perdono la loro individualità e seguono le leggi della meccanica quantistica. In particolari condizioni questi sistemi, benché rimangano nella fase gassosa, si comportano come liquidi”.

Grazie alla capacità di controllare con grande precisione le interazioni fra gli atomi, i fisici sono capaci, già da alcuni anni, di formare gocce quantistiche (quantum droplet) da gas ultrafreddi. 

Il team sperimentale, guidato dalla ricercatrice del Cnr-Ino Alessia Burchianti, ha studiato, mediante tecniche di imaging e manipolazione ottica, l’evoluzione dinamica di una singola goccia quantistica formata a partire da una miscela ultrafredda di atomi di potassio e rubidio. La goccia rilasciata in una guida d’onda, realizzata con un fascio di luce laser, si allunga formando un filamento, il quale, superata una lunghezza critica, si rompe in gocce più piccole. Il numero di queste gocce secondarie è proporzionale alla lunghezza del filamento al momento della rottura.

Alla ricerca, pubblicata su Physical Review Letters, hanno collaborato anche ricercatori delle Università di Bologna, di Padova e dei Paesi Baschi.

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