La meccanica quantistica continua a sorprendere per il modo in cui fenomeni su scale infinitesimali possono influenzare la tecnologia moderna. A tal proposito, l’effetto Josephson si distingue per la sua importanza pratica. È alla base di standard di tensione elettrica, strumenti per il calcolo quantistico e dispositivi medici ad altissima sensibilità come i magnetoencefalografi. Fino a poco fa, però, i dettagli del comportamento microscopico all’interno di una giunzione Josephson erano inaccessibili agli scienziati. Un avanzamento significativo in tale campo arriva dai laboratori del LENS di Sesto Fiorentino, dove un team del Consiglio nazionale delle ricerche ha osservato per la prima volta una corrente alternata in una giunzione Josephson atomica. Diversamente dalle giunzioni tradizionali, basate sul movimento di elettroni in materiali superconduttori, tale versione utilizza atomi ultrafreddi raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto. Ciò sfruttando in modo diretto le leggi della meccanica quantistica.
Meccanica quantistica: ecco i dettagli della novità presentata
A guidare l’esperimento è stato Giacomo Roati, dirigente di ricerca del CNR-INO. Il gruppo del LENS ha costruito una barriera di luce laser sottilissima che separa due regioni di atomi. Anche se, secondo la fisica classica, la barriera dovrebbe impedire il passaggio, gli atomi riescono a superarla grazie al fenomeno di tunneling quantistico, muovendosi insieme senza perdita di energia. Applicando una corrente alternata, gli scienziati hanno osservato una differenza di potenziale quantizzata a gradini, nota come Shapiro steps.
La prima firmataria dello studio, Giulia Del Pace dell’Università di Firenze, ha avuto un ruolo cruciale nell’interpretare i dati, chiarendo il meccanismo di sincronizzazione che genera tali gradini nelle giunzioni atomiche. Allo stesso tempo, il contributo teorico è arrivato dall’Università di Catania, guidata da Luigi Amico. Il team teorico aveva previsto l’effetto osservato, fornendo il quadro concettuale necessario a comprenderne appieno le implicazioni. La collaborazione ha incluso anche ricercatori dell’Università Nazionale Autonoma del Messico, dimostrando l’efficacia di un approccio integrato.
Secondo Roati, le giunzioni Josephson atomiche offrono vantaggi rilevanti rispetto alle versioni a stato solido, grazie a un controllo fine dei parametri fisici e a un funzionamento a bassissimo consumo energetico. Ciò le rende strumenti ideali per indagare i meccanismi della fisica quantistica.