lunedì 9 febbraio 2015

I computer quantici e la distorsione dello spazio




Da quando Einstein propose la sua teoria della relatività nel 1905, fisica e cosmologia si basano sul presupposto che lo spazio ha lo stesso in tutte le direzioni - che non è compresso in una direzione rispetto all'altra.
In un nuovo esperimento dall' University of California, Berkeley, i fisici utilizzato atomi parzialmente aggrovigliati- identici a qubit in un computer quantistico - dimostrano più precisamente che mai che questo è vero, di una parte su un miliardo di miliardi.L'esperimento classico che ha ispirato Albert Einstein è stata effettuata a Cleveland da Albert Michelson e Edward Morley e smentito l'esistenza di un "etere" che permea lo spazio attraverso il quale la luce è stato pensata che si muove come un'onda attraverso l'acqua. Che ha anche dimostrato, ha detto Hartmut Häffner,   assistente professore di fisica a Berkeley , è che lo spazio è isotropo
e che la luce viaggia alla stessa velocità in alto, in basso e lateralmente."Michelson e Morley hanno dimostrato che lo spazio non viene schiacciato, -ha detto Häffner- e questa isotropia è fondamentale per tutta la fisica, tra cui il modello standard della fisica. Se togli l'isotropia, l'intero modello standard crollerà. Ecco perché le persone sono interessate a testarlo."Il modello standard della fisica delle particelle descrive come tutte le particelle fondamentali interagiscono, e richiede che tutte le particelle e campi  debbano essere invarianti per le trasformazioni di Lorentz, e in particolare che si comportano allo stesso modo, non importa quale direzione si muovono. Häffner e la sua squadra hanno condotto un esperimento analogo per l'esperimento Michelson-Morley, ma con elettroni invece di fotoni di luce. In una camera a vuoto hanno isolato due ioni calcio, parzialmente impigliati, come in un computer quantistico, quindi monitorato le energie degli elettroni negli ioni come sulla Terra,dopo aver ruotato oltre le 24 ore.Se lo spazio è stato spremuto in una o più direzioni, l'energia degli elettroni cambierebbe con un periodo di 12 ore. Non ha, dimostrando che lo spazio è infatti isotropo ad una parte su un miliardo di miliardi (1018), 100 volte meglio di precedenti esperimenti che coinvolgono gli elettroni, e cinque volte meglio di esperimenti come quello di  Michelson e Morley  usando la luce. I risultati -hanno detto-  smentiscono almeno una teoria che estende il modello standard assumendo alcuni luoghi di anisotropia dello spazio. Häffner e suoi colleghi, tra cui Thaned Pruttivarasin (Quantum Laboratorio di Metrologia) a Saitama, Giappone, hanno riportato i loro risultati. Häffner ha avuto l'idea di utilizzare ioni aggrovigliati per testare l'isotropia dello spazio, mentre la costruzione dei computer quantistici, che implicano atomi ionizzati come bit quantistici, o qubit, impigliano le loro funzioni d'onda di elettroni, costringendoli ad evolvere per fare i calcoli non sono possibili con i computer digitali di oggi. Gli venne in mente che due qubit aggrovigliati potrebbero servire come rilevatori sensibili di lievi disturbi nello spazio. "Volevo fare l'esperimento, perché ho pensato che fosse elegante e che sarebbe una cosa interessante applicare i nostri computer quantistici ad un campo completamente diverso della fisica", ha detto. "Ma non pensavo di essere competitivi con gli esperimenti in corso di esecuzione da parte di persone che lavorano in questo campo. E 'stato completamente fuori di punto in bianco." Spera di fare rilevatori di computer quantistici più sensibili con altri ioni, come itterbio, per guadagnare oltre 10.000 volte maggiore nella misura di precisione della  simmetria di Lorentz . Anche esplorando con colleghi futuri esperimenti per rilevare le distorsioni spaziali causate dagli effetti di particelle di materia oscura, che sono un completo mistero nonostante comprendano il 27 per cento della massa dell'universo."Per la prima volta abbiamo usato strumenti di informazione quantistica per eseguire un test di simmetrie fondamentali, vale a dire, abbiamo progettato uno stato quantico che è immune al rumore diffuso, ma sensibile agli effetti Lorentz-viola", ha detto Häffner. "Siamo stati sorpresi dall'esperimento appena lavorato, e ora abbiamo un fantastico metodo di nuovo a portata di mano che può essere utilizzato per effettuare misurazioni molto precise di perturbazioni dello spazio."

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