Com’è debole quella forza

42 yoctonewton (1 yoctonewton equivale a 10^-24 newton): si tratta della forza più debole mai registrata finora, ed è stata misurata da un team di ricercatori del Lawrence Berkley National Laboratory tramite una combinazione di laser e di un sistema di intrappolamento ottico, che funziona tramite una nube di atomi mantenuti a temperature estremamente basse. Il risultato è stato presentato in uno studio su Science.

“Abbiamo applicato una forza esterna al centro di massa di una nube di atomi estremamente freddi in una cavità ottica ad altissima precisione, e abbiamo misurato otticamente il movimento che ne è risultato”, ha spiegato Dan Stamper-Kurn, autore principale della ricerca. “Soddisfacendo alcune condizioni, siamo stati in grado di raggiungere una precisione molto vicina allo Standard Quantum Limit (Sql), la misura più precisa che è possibile ottenere”. Misurazioni così precise, dicono gli scienziati, sono fondamentali per confermare l’esistenza delle onde gravitazionali, le ondulazioni dello spazio-tempo previste da Albert Einstein nella sua teoria della relatività generale, e per capire fino a che punto la legge della gravità che si applica su scala macroscopica valga anche microscopicamente.

Per poter ottenere misurazioni così precise, bisogna lavorare con degli oscillatori meccanici, sistemi che trasformano la forza in un movimento meccanico misurabile. Nell’esperimento, Stamper-Kurn e i suoi colleghi hanno usato un gas composto di atomi di rubidio a una temperatura molto vicina allo zero assoluto come oscillatore meccanico. Si sono anche serviti di una cosiddetta trappola ottica, composta da due fasci di luce a diverse lunghezze d’onda, in grado di produrre forze uguali e opposte sugli atomi. Modulando uno dei due fasci di luce, gli scienziati sono stati in grado di stimolare e misurare il movimento del centro di massa della nube di atomi.

“Quando applichiamo una forza esterna al nostro oscillatore è come se stessimo colpendo un pendolo con una mazza da baseball”, ha spiegato Sydnet Schreppler, co-autrice dello studio. “La chiave per la precisione delle nostre misure è riuscire a scollegare gli atomi di rubidio dall’ambiente circostante e mantenere la loro temperatura bassa.” Secondo Schreppler, potrebbe essere possibile avvicinarsi ancora di più allo Standard Quantum Limit tramite una combinazione di atomi mantenuti a temperature ancora più basse e una maggiore efficienza di rilevamento ottico: “Uno studio del 1980 aveva previsto che sarebbe stato possibile raggiungere l’Sql entro cinque anni. Ce ne sono voluti circa 30 più del previsto, ma ora abbiamo un apparato sperimentale in grado di avvicinarsi moltissimo al limite”.

Credits immagine: Kevin Gutowski

Riferimenti: Science doi: 10.1126/science.1249850