L’Università di Hiroshima ha annunciato un importante passo avanti nella fisica quantistica: un team di ricercatori ha sviluppato un metodo realistico e ad alta sensibilità per rilevare l’effetto Unruh, un fenomeno teorico che unisce relatività e meccanica quantistica.
I risultati, pubblicati su Physical Review Letters, potrebbero aprire nuove strade nella fisica fondamentale e nelle tecnologie quantistiche.
Cos’è l’effetto Unruh?
Previsto teoricamente oltre 40 anni fa, l’effetto Unruh (dal nome dei fisici Fulling, Davies e Unruh) afferma che un osservatore in accelerazione percepisce il vuoto quantistico come se fosse pieno di particelle calde, mentre un osservatore fermo non percepisce nulla. In altre parole, l’accelerazione trasforma il vuoto in una sorta di “bagno termico quantistico”, una sorta di “calore fantasma”.
Il problema? Per osservare questo effetto in laboratorio, sarebbero necessarie accelerazioni estreme, dell’ordine di 10²⁰ m/s². Impossibile, almeno con i metodi convenzionali.
L’idea geniale: sfruttare i circuiti superconduttivi
Il team giapponese, guidato dal professor emerito Noriyuki Hatakenaka e dalla professoressa associata Haruna Katayama, ha trovato una scorciatoia e invece di usare accelerazioni lineari, hanno sfruttato il moto circolare di coppie di flussone-antiflussone all’interno di giunzioni Josephson anulari:componenti superconduttivi già noti nel campo dell’elettronica quantistica.
Grazie alla microfabbricazione avanzata, è possibile creare circuiti con raggi molto piccoli, ottenendo accelerazioni circolari enormi e raggiungendo così una temperatura Unruh di alcuni kelvin. Questa temperatura, seppur bassa, è rilevabile con gli strumenti attuali.
Dalla teoria alla pratica: salti di tensione quantistici
Nel dispositivo proposto, il “calore quantistico” provocato dall’accelerazione induce fluttuazioni che separano le coppie di flussone-antiflussone, causando un salto di tensione macroscopico. Questo segnale è misurabile con grande precisione, rappresentando una firma diretta dell’effetto Unruh.
“È sorprendente come minuscole fluttuazioni quantistiche possano causare salti di tensione visibili a livello macroscopico. Il fatto che tutto dipenda unicamente dall’accelerazione è un chiaro indizio statistico della presenza dell’effetto Unruh,” spiega Hatakenaka.
Prossimi passi e impatti futuri
I ricercatori vogliono ora approfondire i meccanismi di decadimento quantistico delle coppie flussone-antiflussone, incluso il tunneling quantistico macroscopico, per perfezionare ulteriormente la rilevazione dell’effetto.
L’obiettivo finale è ambizioso: contribuire alla ricerca di una teoria unificata della fisica, esplorando le connessioni tra questo fenomeno e altri campi quantistici. Ma ci sono anche implicazioni pratiche: il metodo sviluppato potrebbe rivoluzionare i sensori quantistici del futuro, grazie alla sua sensibilità estrema.
“Speriamo che questo lavoro apra nuove strade nella fisica fondamentale e ispiri ulteriori ricerche sulla vera natura dello spaziotempo”, conclude Katayama.
Crediti: Lo studio è stato condotto da Noriyuki Hatakenaka e Haruna Katayama della Graduate School of Advanced Science and Engineering dell’Università di Hiroshima, con il supporto del programma JSPS KAKENHI e del progetto HIRAKU-Global del MEXT giapponese.
