Produrre un cosmo in miniatura nei laboratori di fisica può essere complicato. Com’è facile immaginare, ricreare le condizioni che si trovano nello spazio profondo non è un gioco da ragazzi. Prendiamo il caso degli ioni molecolari. Studiarli nel dettaglio vorrebbe dire capire sempre meglio come le molecole si formano nello spazio, e quindi spiegare esattamente come si formano le nubi interstellari, le stelle, i pianeti, e come evolvono sia fisicamente che chimicamente.
Per riprodurre in laboratorio queste reazioni chimiche, però, gli scienziati devono riuscire a prendere i reagenti in esame e portarli allo stesso stato quantico in cui si trovano nello spazio interstellare. Oggi il più grande ostacolo nel fare questo è legato alle notevoli difficoltà che si riscontrano quando si prova a controllare la rotazione delle molecole.
Un team internazionale di ricercatori provenienti dall’Università di Aarhus in Danimarca e dall’Istituto Max Planck di Fisica Nucleare di Heidelberg sembra però aver scoperto un modo efficiente e versatile di manipolare gli stati quantici delle molecole.
La velocità di rotazione degli ioni è intimamente connessa a una temperatura, chiamata temperatura rotazionale (in fisica, quando si considera la temperatura delle molecole bisogna sempre distinguere tra temperature traslazionale, rotazionale e vibrazionale). Utilizzando un gas estremamente tenue e raffreddato, i ricercatori hanno trovato un modo di manipolare questa temperatura, e modificare quindi gli stati quantici delle molecole. L’hanno infatti fatta scendere prima a -265,65°, poi, mantenendola sotto controllo, fatta risalire fino a -210°.
Per fare ciò il team ha utilizzato dei metodi di ricerca ideati e sperimentati per la prima volta proprio ad Aarhus, combinandoli poi con una trappola ionica nota come Cryptex, sviluppata invece dai ricercatori dell’Istituto Max Planck di Fisica Nucleare.
“Essere in grado di controllare la rotazione degli ioni molecolari e quindi il loro stato quantico così accuratamente è importante per molti esperimenti”, dice José Crespo, leader del gruppo del Max Planck Institute. Gli scienziati potranno ora non solo ricreare in laboratorio le reazioni chimiche che avvengono nello spazio interstellare, ma, manipolando la velocità di rotazione delle molecole, comprendere meglio i meccanismi della fisica quantistica della fotosintesi, e applicare queste teconlogie allo sviluppo di computer quantistici. “Il nostro metodo per il raffreddamento della rotazione delle molecole apre nuove possibilità in una grande verietà di campi diversi”, conclude Crespo.
Le specifiche e le novità di questi nuovi metodi sperimentali, oltre a qualche approfondimento sulla fisica che c’è dietro, sono spiegati nel dettaglio sul sito dell’istituto tedesco.