Un groviglio di fotoni por catturare onde gravitazionali

[Scolari]

Un "righello quantico" potrebbe permettere di rivelare anche le onde gravitazionali più deboli.



Le onde gravitazionali sono increspature dello spazio-tempo: possono essere immaginate come le onde circolari che si creano quando si lancia un sasso in mezzo a un lago, però su larga scala e provocate da cataclismi cosmici.


Da tempo i fisici stanno tentando di catturarle (per ora la loro esistenza è dimostrata solo teoricamente) con degli interferometri, ovvero apparecchiature che dividono in due un raggio di luce e poi lo ricombinano per creare frange di interferenza.

Un'onda gravitazionale che passa attraverso un interferometro modificherebbe la distanza percorsa da un raggio rispetto all'altro, e l'effetto sarebbe identificabile in una modificazione nelle frange di interferenza.

Gli strumenti sviluppati finora hanno però dei limiti. Non sono infatti in grado di misurare una variazione più piccola della dimensione delle frange stesse, le quali a loro volta sono limitate dalla lunghezza d'onda della luce usata.

Il problema potrebbe essere superato utilizzando l'entanglement quantistico (un fenomeno in cui vari stati quantici di uno o più sistemi fisici sono strettamente dipendenti gli uni dagli altri, e quindi non-separabili), dove gli stati di due o più particelle rimangono collegati a qualsiasi distanza si trovino.

A sperimentare questa ipotesi è stato Shigeki Takeuchi, dell'Università di Hokkaido in Giappone: insieme ai suoi colleghi ha fatto un esperimento con un raggio formato da quattro fotoni entangled.

"Abbiamo dimostrato che in questo modo abbiamo quattro fotoni che passano attraverso il nostro apparato rivelatore dove altrimenti ne avremmo solamente uno", spiega Takeuchi. In questo modo si dimezza la spaziatura tra le frange. "È fondamentale aumentare il numero di fotoni entangled", conclude Takeuchi, "al momento non esiste altro modo per migliorare la precisione delle rilevazioni di onde gravitazionali".

SISSA Medialab