L’Imperial College di Londra ha fatto qualcosa di complicato.
Hanno dimostrato che è possibile cancellare il rumore in un esperimento quantistico senza cancellare anche il segnale. È importante. Perché se vuoi sentire l’universo primordiale urlare nelle onde gravitazionali o sentire la contrazione della materia oscura, devi prima escludere tutto il resto.
“Sappiamo da molto tempo… che i sensori quantistici possono aiutarci a capire… solo di recente… è diventato possibile costruirli…”
— Dottor Charles Baynham
Il problema del rumore
L’universo è rumoroso. O meglio, il laser è forte.
Per trovare nuove fonti di onde gravitazionali i fisici usano gli interferometri atomici. Questi strumenti dividono nuvole di atomi con i laser e osservano come si muovono. Minuscolo. Preciso. Bellissimo. Ma i laser introducono rumore di fase. Enorme rumore di fase. Annega il segnale prima ancora che possa iniziare.
Se il rumore è più grande della risposta, non otterrai alcuna risposta. Solo statico.
Gli scienziati avevano una soluzione da anni. Un metodo differenziale. Esegui due interferometri affiancati. Confrontateli. Il rumore che colpisce entrambi si annulla. Lo strano segnale proveniente dalla materia oscura rimane.
L’idea è valida. Il problema è l’esecuzione. Fino a giugno 2026 era solo un’idea. Nessuno aveva dimostrato che funzionasse quando le condizioni erano disordinate. Condizioni reali. Non una simulazione immacolata.
Testare la teoria
Quindi il team imperiale ha costruito un prototipo.
All’interno del loro laboratorio ultrafreddo hanno utilizzato due nubi di stronzio-87. Posizioni separate. Un orologio laser che misura entrambi. Non l’hanno solo testato, lo hanno sottolineato.
Hanno aggiunto rumore. Rumore di fase artificiale deliberato che supera di gran lunga quello prodotto dai laser reali. Volevano romperlo. E così è stato. Individualmente ogni interferometro sembrava inutile. Casuale. Gli schemi di interferenza erano spariti.
Poi li hanno confrontati.
Il segnale tornò indietro. Non era solo rilevabile, ha raggiunto il limite quantico. Il rumore di fondo fondamentale stabilito dalla fisica stessa. Il rumore del laser svanì.
Successivamente hanno iniettato un falso segnale oscillante. Come un’onda gravitazionale di passaggio. È comunque emerso chiaramente. Anche se nessuna delle due macchine poteva vederlo da sola. Insieme potrebbero.
Non ti sembra strano come nello spazio tra due errori si nasconda la verità?
Costruire i giganti
Questo è un esperimento da tavolo. Ma punta alla scienza del grattacielo.
Il lavoro proviene da AION, Atom Interferometer Observatory e Netwrok. Uno sforzo guidato dal Regno Unito che si collega a partner internazionali. Stanno esaminando MAGIS al Fermilab negli Stati Uniti. E forse anche il CERN.
C’è una proposta chiamata AICE. Interferometria atomica al CERN. Utilizzerebbe queste tecniche su distanze su scala chilometrica. Se lo costruiscono il CERN aprirà una nuova finestra. Non solo sulle collisioni di particelle ma sulla struttura quantistica dello spazio-tempo.
“Riproporre orologi atomici e interferometri atomici… per aprire finestre completamente nuove…”
— Dottor Richard Hobson
Il professor Oliver Buchmuller la definisce una pietra miliare. Forse eufemismo. È il via libera per strutture quantistiche su larga scala. Quelli che affrontano la materia oscura. Quelli che guardano le bande di frequenza attualmente invisibili per noi.
I sensori esistono. Il metodo funziona.
Ora devono diventare più grandi. E quando lo faranno potremmo finalmente sentire il respiro dell’universo.
Pubblicato: Nature, 17 giugno 2326
Collaborazione: AION
Contributori principali: C. F. A. Baynham R. Hobson O. Buchmueller et al.
Finanziamento: Programma Royal Society UKRI QTFP (STFC/EPSRC)
