Un team di fisici ha osservato per la prima volta singoli atomi di litio che passano dallo stato di particella a quello di onda, un fenomeno fondamentale della meccanica quantistica. Questo risultato è arrivato grazie a una tecnica che combina laser ultrafreddi e reticoli ottici, consentendo di visualizzare con precisione la trasformazione degli atomi nel tempo.
La dualità onda-particella: un principio di base della meccanica quantistica
La meccanica quantistica descrive la materia come dotata di una natura duplice, dove atomi e particelle subatomiche possiedono sia caratteristiche di particelle sia di onde. Questo concetto, chiamato dualità onda-particella, fu introdotto da Louis de Broglie nel 1924 e completato da Erwin Schrödinger con la sua famosa equazione due anni dopo. Secondo questa teoria, la materia si comporta in modi diversi a seconda del tipo di osservazione che si effettua e può essere rappresentata da pacchetti d’onda che descrivono la probabilità di trovare particelle in specifiche posizioni.
L’equazione di Schrödinger e la forma degli atomi in trasformazione
Schrödinger formulò un’equazione che tratta gli atomi come pacchetti di probabilità, simili a onde che si diffondono nello spazio. Ogni atomo non è quindi confinato a una collocazione precisa finché non viene osservato, momento in cui questo “pacchetto d’onda” collassa in una posizione definita. Questa interpretazione è stata uno dei fondamenti per comprendere il comportamento strano ma reale dell’universo a scala microscopica. Gli esperimenti con il litio descritti in questo studio hanno usato laser per raffreddare gli atomi a temperature vicine allo zero assoluto, rallentandone il movimento e permettendo di tenerli fermi all’interno di un reticolo ottico.
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L’esperimento sui singoli atomi di litio passo dopo passo
I ricercatori hanno sfruttato un reticolo ottico formato da laser per intrappolare gli atomi di litio e poi hanno modulato l’intensità di questo reticolo, provocando l’espansione degli atomi. In questo modo gli atomi sono passati da uno stato confinato, simile a particelle, a uno stato in cui si manifestano come pacchetti d’onda estesi. Due immagini, scattate in momenti differenti con una telecamera al microscopio, hanno permesso di ricostruire la forma di questa onda e di osservarne l’evoluzione nel tempo. I dati ottenuti corrispondono perfettamente alle previsioni date dall’equazione di Schrödinger, confermando la validità del modello quantistico e fornendo una visualizzazione diretta di questo fenomeno.
Prospettive future per la fisica quantistica
Questa osservazione apre la strada a studi più approfonditi nella fisica quantistica, offrendo la possibilità di analizzare sistemi atomici più complessi. Lo sviluppo di queste tecniche potrebbe aiutare a capire meglio come funziona la materia a livelli fondamentali, mantenendo viva una questione che affascina fisici e scienziati ormai da quasi un secolo.