Quali sono le proprietà del vuoto, il nulla assoluto? Fino ad oggi, si pensava che non fosse possibile accedere direttamente alle caratteristiche dello stato fondamentali di uno spazio vuoto. Ora, un team di fisici è riuscito a fare proprio questo. Hanno cioè dato prova di una prima osservazione diretta delle cosiddette fluttuazioni del vuoto tramite brevi impulsi di luce ed il contemporaneo impiego di tecniche di misurazione ottiche altamente precise. Quali sono le proprietà del vuoto, il nulla assoluto? Fino ad oggi, si pensava che non fosse possibile accedere direttamente alle caratteristiche dello stato fondamentali di uno spazio vuoto. Ora, un team di fisici guidato dal Prof. Alfred Leitenstorfer dell’Università di Costanza (Germania) è riuscito a fare proprio questo.
Hanno cioè dato prova di una prima osservazione diretta delle cosiddette fluttuazioni del vuoto tramite brevi impulsi di luce ed il contemporaneo impiego di tecniche di misurazione ottiche altamente precise.
La durata dei loro impulsi di luce è stata regolata in modo di essere più breve di metà della frequenza della luce nel campo spettrale studiato. Secondo la fisica quantistica, queste oscillazioni esistono anche nel buio più totale, quando l’intensità della luce e delle onde radio scompare completamente. Questi risultati sono di fondamentale importanza per lo sviluppo della fisica quantistica e saranno pubblicati sulla rivista Science; una versione anticipata è apparsa online il 1 ° ottobre 2015. L’esistenza delle fluttuazioni del vuoto è già nota teoricamente come corollario del principio di indeterminazione di Heisenberg, uno dei principali pilastri della fisica quantistica.
Questo principio impone tra l’altro che i campi elettrici e magnetici non possono mai scomparire contemporaneamente. Di conseguenza, anche buio totale è riempito da limitate fluttuazioni del campo elettromagnetico, che rappresentano lo stato fondamentale dei quanti di luce e delle onde radio. Tuttavia, fino ad ora la prova sperimentale diretta di questo fenomeno fondamentale è stata considerata impossibile. Infatti, si suppone di solito che le fluttuazioni del vuoto si manifestino in natura solo indirettamente. Dall’emissione spontanea della luce dagli atomi eccitati (ad esempio in un tubo fluorescente) alle influenze sulla struttura dell’universo durante il Big Bang: questi sono solo alcuni degli esempi che evidenziano il ruolo ubiquitario che il concetto di fluttuazioni del vuoto gioca nella moderna descrizione fisica il mondo.
Ma, un apparato sperimentale che misura i campi elettrici con altissima risoluzione temporale e sensibilità ha reso possibile individuare direttamente le fluttuazioni del vuoto, nonostante tutte le ipotesi contrarie. Tecnologie ottiche leader a livello mondiale e sistemi laser ad impulsi ultracorti di estrema stabilità forniscono il know-how necessario per questo studio. Il gruppo di ricerca dell’Università di Costanza ha sviluppato queste tecnologie in-house unitamente ad una descrizione esatta dei risultati, sulla base di teoria quantistica dei campi. La precisione temporale raggiunto nel loro esperimento è nell’intervallo dei femtosecondi – un milionesimo di miliardesimo di secondo. La sensibilità è limitata solo dai principi di fisica quantistica. “Questa estrema precisione ci ha permesso di vedere per la prima volta che siamo continuamente circondati dalle fluttuazioni dei campi elettromagnetici nel vuoto”, riassume Alfred Leitenstorfer. “Ciò che è scientificamente sorprendente e particolarmente interessante nelle nostre misurazioni è che otteniamo l’accesso diretto allo stato fondamentale di un sistema quantistico senza modificarlo, per esempio tramite la sua amplificazione con un’intensità definita” spiega Leitenstorfer.
I risultati della ricerca hanno lasciato stupefatto il professore: “Abbiamo passato un paio di anni con più di qualche notte insonne – tutte le possibilità di segnali potenzialmente interferenti dovevano essere escluse”, dice sorridendo il fisico. “Nel complesso abbiamo scoperto che il nostro accesso a scale temporali elementari, più brevi del periodo di oscillazione delle onde luminose studiate, è la chiave per comprendere le possibilità sorprendenti che il nostro esperimento dischiude.” Il Consiglio europeo della ricerca sostiene questo progetto con una “ERC Advanced Grant”.
Articolo originale sciencedaily.com
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