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Giovedì, Ottobre 22, 2020
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Il “cappello di Schroedinger”. Il metodo che apre la strada verso il microscopio quantistico

È stato battezzato “cappello di Schroedinger” il dispositivo progettato da alcuni matematici dell'Università di Washington (UW) che teoricamente è in grado di amplificare la luce, le onde sonore e altri tipi di onde nascondendole al contempo all'interno di un contenitore invisibile.

I richiami del nome sono evidentemente due: il paradosso quantistico del “gatto di Schroedinger” (grazie all’assonanza tra i termini “cat” a “hat” in inglese) e il cilindro dei prestigiatori.


"In un certo senso, il paragone è azzeccato, dal momento che all’interno del "cappello" si verifica qualcosa di magico, anche se assolutamente scientifico”, ha spiegato Gunther Uhlmann, professore di matematica dell'UW che firma con i colleghi l’
articolo apparso sui “Proceedings of the National Academy of Sciences”.

La loro ricercaSsi inserisce nel fecondo ambito di studi sulla possibilità di deflettere in modo controllato le onde elettromagnetiche mediante l’ottica trasformativa e i metamateriali che prende il nome di “mantello dell'invisibilità” (o
cloaking, in inglese) perché consente di produrre effetti di propagazione ondosa che non si possono osservare in natura e che riguardano un’ampia gamma di fenomeni: elettrostatici, elettromagnetici, acustici e quantomeccanici.

In termini teorici, il cloaking ideale produce un disaccoppiamento tra le parti dell’onda all’interno della regione schermata e l’esterno, determinando sia l’impossibilità di rilevare dall’esterno la presenza di un oggetto all’interno, sia l’impossibilità da parte delle onde che provengono dall’esterno di penetrare all’interno.


Nei dispositivi reali ciò che si può fare è ridurre al minimo l’accoppiamento tra interno ed esterno, anche se si verificano stati risonanti che distruggono sia l’invisibilità sia la schermatura. In prossimità di questi valori risonanti è possibile definire parametri di cloaking in modo che i flussi entrante e uscente siano bilanciati in modo preciso, permettendo un miglioramento dell’invisibilità pur pagando una certa penetrazione delle onde dall’esterno.


Un “cappello di Schroedinger” per l'invisibilità

Il grafico mostra un'onda di materia che colpisce le pareti del "cappello di Schroendinger": all'interno l'onda è amplificata; all'esterno procede come se non avesse mai incontrato alcun ostacolo.

“È possibile isolare e ingrandire ciò che si vuole vedere, rendendo il resto invisibile”, ha aggiunto Uhlmann. “L'amplificazione delle onde all’interno raggiunge valori incredibili, ma nonostante ciò è impossibile vedere ciò che succede all'interno del contenitore”.

La scelta del primo ambito di applicazione in questo caso ha ben poco di spettacolare: i ricercatori hanno infatti proposto di manipolare onde quantistiche di materia, una capacità che potrebbe aprire la strada alla costruzione di un microscopio quantistico, da utilizzare, per esempio per controllare i processi elettronici che si verificano sul chip di un computer.

“Dal punto di vista sperimentale, ritengo che l'aspetto più affascinante sia l'incredibile capacità di realizzare materiali per l'invisibilità acustica”, ha concluso Uhlmann. "Le lunghezze d'onda per le microonde, per i suoni e per le onde quantistiche di materia sono più ampie di quelle della luce e delle altre onde elettromagnetiche, il che rende più agevole rendere invisibili oggetti utilizzando questi fenomeni. Speriamo che si possa passare presto alle applicazioni, anche se è presto per dirlo”.


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