Ecco che rumore fa il vuoto quantistico

Anche il vuoto fa rumore. Parliamo, ovviamente, di un vuoto molto particolare, il vuoto quantistico. E un’équipe di ricercatori della Louisiana State University è appena riuscita, grazie a un esperimento molto sofisticato, ad “ascoltare” questo molto rumore nel nulla, per di più a temperatura ambiente e non, come in test precedenti, a temperature vicine allo zero assoluto. La scoperta, dicono gli autori, potrebbe aiutarci a elaborare e interpretare con più precisione i segnali provenienti dallo Spazio lontano, tra cui, per esempio, le impercettibili perturbazioni dello spazio-tempo dovute alle onde gravitazionali emesse da grandi oggetti celesti in coalescenza. I dettagli dell’esperimento sono stati pubblicati sulla rivista Nature.

Vuoto quantistico, un silenzio assordante

A dispetto del suo nome, per i fisici il vuoto – o nulla – è tutt’altro che vuoto. Al contrario, è pieno delle cosiddette fluttuazioni quantistiche, impalpabili perturbazioni dovute, per esempio, ai continui “salti” degli elettroni dei pochi atomi residui da un livello energetico all’altro. Una di queste perturbazioni è la cosiddetta pressione di radiazione quantistica, ossia la pressione esercitata su un corpo quando questo è esposto a radiazione elettromagnetica. Quella che si registra, per tornare a un esempio appena citato, a opera dei raggi laser che colpiscono la superficie degli specchi degli interferometri usati per la rivelazione delle onde gravitazionali. In questo caso, la pressione di radiazione produce un “rumore” che può oscurare i segnali cercati: è quindi particolarmente importante, per i fisici delle alte energie, capire come è fatto questo rumore in modo tale da poterlo “cancellare” e ottenere delle tracce il più pulite possibile.

Specchi che vibrano

Nel loro esperimento, i ricercatori della Louisiana State University hanno cercato di misurare il rumore creato dalla pressione di radiazione quantistica in condizioni reali, cioè a temperatura ambiente. Per farlo, hanno “replicato”, in miniatura, i rivelatori di Ligo, uno degli interferometri che ha scoperto le onde gravitazionali: “Data l’assoluta necessità di avere rivelatori sempre più sensibili”, ha spiegato Thomas Corbitt, uno degli autori del lavoro, “abbiamo pensato fosse opportuno studiare gli effetti del rumore della radiazione di pressione quantistica in un sistema simile a quello di Ligo, anche se di dimensioni molto ridotte”. In particolare, gli scienziati hanno messo a punto una sorta di “cavità” vuota il cui interno è ricoperto da piccoli specchi, successivamente bersagliati con luce laser, e hanno registrato le microscopiche vibrazioni generate dalla pressione dei laser sugli specchi, che costituisce, per l’appunto, il “rumore” del vuoto quantistico. “La nostra scoperta”, conclude Pedro Marronetti, un altro degli autori del lavoro, “spiana la strada a nuovi esperimenti nel campo della riduzione del rumore quantistico. La relativa ‘semplicità’ del nostro approccio rende inoltre possibile a molti gruppi di ricerca la sua replicazione, il che potrebbe portare a un allargamento della partecipazione della comunità scientifica alla rilevazione delle onde gravitazionali”.

Riferimenti: Nature