Il ricercatore Carlo Sias: “Aggiungo la quarta dimensione e il pc quantistico è più vicino”

DI LUIGI GRASSIA

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La fisica dei quanti non smette mai di stupire. Di volta in volta ci rivela un nuovo territorio pieno di bizzarrie, che fanno a pugni con la logica della vita di tutti i giorni, ma poi basta guardare un po’ più in là e scopriamo un altro panorama ancora più assurdo. Uno sperimentatore di mestiere in campo quantistico è Carlo Sias, 36 anni, cervello italiano (sardo per la precisione) che per un po’ ha vissuto la classica «fuga» all’estero, ma poi è tornato in patria. Ha pubblicato sulla rivista «Science» (bibbia internazionale della ricerca) un articolo che sposta parecchio più in là le frontiere della fisica atomica. 

Nella scienza non è più tempo di eroi solitari, tiene banco il lavoro di squadra, e Sias tiene a precisare che «l’articolo su Science, oltre alla mia, ha altre 10 firme, di ricercatori dell’Inrim di Torino, dell’Ino-Cnr, del Lens e delle Università di Firenze e di Innsbruck, mentre il responsabile è il professor Leonardo Fallani». Comunque, se uno vuole personalizzare la vicenda, è interessante seguire le peregrinazioni di Sias dalla laurea a Roma («dove ho studiato il teletrasporto») al dottorato a Pisa («dove il laboratorio è andato a fuoco, ma avevo un alibi! Mi trovavo a Innsbruck»). Quindi Sias è volato a Cambridge, e pareva destinato a restare lì, ma dopo cinque anni ha vinto un concorso che lo ha riportato in Italia. 

Ora è un ricercatore dell’Inrim di Torino, dove studia (fra le altre cose) i futuri computer quantistici. Ma è spesso distaccato al laboratorio europeo Lens di Sesto Fiorentino e qui collabora a realizzare una macchina innovativa, una macchina che esegue esperimenti quantistici senza i vincoli che hanno dovuto subire finora i ricercatori. Il nuovo approccio, che detto così fa molto effetto, è quello delle «extradimensioni di spin».  

Spieghiamo. Il problema è che la fisica quantistica riguarda non solo l’infinitamente piccolo, ma un infinitamente piccolo che è pure elusivo e quasi incontrollabile. Per osservare meglio i fenomeni quantistici è utile, per così dire, ingrandirli. Osservando 100 mila particelle che si comportano tutte in modo coerente dal punto di vista quantistico ogni fenomeno diventa molto più facile da studiare. 

Questo si può fare raffreddando gli atomi. Quanto più un atomo è freddo, tanto più la lunghezza d’onda della sua oscillazione si allunga. Raffreddando artificialmente gli atomi, a temperature irraggiungibili in natura, non solo le particelle si muovono sempre meno, ma lo fanno - dice Carlo Sias - in modo sempre più correlato, «come tanti bambini che all’inizio saltano sul tappeto elastico ognuno per conto suo, ma alla fine saltano tutti insieme». Quello a cui si giunge, fuor di metafora, è «uno stato di materia che si comporta in modo quantistico»: non una singola particella, ma il blocco dei 100 mila atomi si correla quantisticamente. 

Fra il dire è il fare ci sono di mezzo tre anni di lavoro, durante i quali è stata costruita una macchina che copre un’area di 50 metri quadrati. In questa macchina una certa quantità di itterbio viene, all’inizio, non raffreddata ma scaldata a 500° per vaporizzarla, poi il gas è rallentato e raffreddato, sottoponendolo all’interferenza di raggi laser. Alla fine si scatta la foto che immortala gli effetti quantistici subiti dalle particelle. 

Ma l’idea più «perversa», e la vera novità della macchina di Sesto Fiorentino (perché il raffreddamento degli atomi già si faceva), è stata l’introduzione, nel meccanismo, di una dimensione extra, «una dimensione sintetica», sempre allo scopo di rendere le cose più facilmente osservabili. Le macchine costruite in precedenza da altri ricercatori disponevano gli atomi su una superficie, cioè su qualcosa a due dimensioni. Su queste macchine gli effetti del campo generano quelle che i fisici definiscono «correnti chirali»: gli atomi si muovono come si muoverebbero, nelle stesse condizioni, gli elettroni e creano uno stranissimo flusso attorno al bordo. Il problema, al solito, è che gli atomi di questo flusso non possono essere osservati direttamente, non in modo semplice, almeno. 

La dimensione extra introdotta per aggirare l’ostacolo non è una vera dimensione nello spazio, ma qualcosa che ne fa le veci, cioè un grado di libertà in più, dato dallo spin degli atomi (la loro rotazione). Gli atomi nella macchina di Sesto Fiorentino possono avere sei spin diversi. Mettendo in fila una serie atomi con spin differenti, gli atomi con gli spin estremi si muoveranno (appunto) alle estremità: quelli con spin 1 andranno a destra, quelli con spin 6 andranno a sinistra, mentre quelli con spin intermedi da 2 a 4 non si muoveranno. La migrazione (lungo una sola dimensione) verso gli estremi delle particelle con spin estremi corrisponde quindi alla «corrente chirale» della superficie a due dimensioni, con la differenza che la corrente legata allo spin è chiaramente osservabile. E questo grazie al trucco della finta dimensione in più. 

Un aspetto non marginale dell’attività di Carlo Sias è la sua capacità di raccogliere finanziamenti per le ricerche a cui partecipa. Perché uno dei criteri oggettivi per valutare un lavoro scientifico sono proprio i soldi che attira. Dice Sias: «Ho ottenuto 1,5 milioni di euro dal programma comunitario Erc Starting Grant e 500 mila euro del ministero». Queste dotazioni sono arrivate «dai programmi più competitivi che esistano per i giovani ricercatori, sia a livello italiano sia europeo».  

Adesso aspettiamo che Carlo Sias torni alla passione per il teletrasporto dei tempi della laurea e che realizzi per noi il mondo di Star Trek.

FONTE:https://www.lastampa.it/2016/01/07/scienza/tuttoscienze/aggiungo-la-quarta-dimensione-e-il-pc-quantistico-pi-vicino-Yuq73aShTeZp6N5eeldCcL/pagina.html

Foto:http://stupiddope.com