“Nella teoria della relatività non esiste un unico tempo assoluto, ma ogni singolo individuo ha una propria personale misura del tempo, che dipende da dove si trova e da come si sta muovendo.”
— Stephen Hawking
L’entanglement quantistico è uno dei fenomeni più intriganti della meccanica quantistica, e ora sembra che possa essere utilizzato per misurare la rotazione terrestre. Questo apre le porte verso una regione di confine inesplorata tra meccanica quantistica e relatività generale, offrendo nuove prospettive per comprendere la gravità. A guidare un esperimento rivoluzionario in questo campo è il fisico Raffaele Silvestri, che sta sperimentando con un interferometro quantistico-ottico di Sagnac altamente sensibile. Questo esperimento promette di superare i limiti precedenti e aprire una nuova frontiera per la fisica fondamentale.
L’entanglement quantistico e la misurazione della rotazione terrestre
L’entanglement quantistico e la misurazione della rotazione terrestre sono due concetti che si intrecciano in un esperimento innovativo condotto da Raffaele Silvestri (Faculty of Physics, University of Vienna). L’entanglement quantistico è un fenomeno in cui due o più particelle diventano interdipendenti, con le loro proprietà che sono strettamente correlate. Questo permette di misurare la rotazione terrestre utilizzando l’interferometro quantistico-ottico di Sagnac, un dispositivo che sfrutta l’entanglement per rilevare anche le minime variazioni nella rotazione della Terra. Questo esperimento apre la strada verso una nuova frontiera nella fisica fondamentale, aprendo la possibilità di esplorare la regione di confine tra meccanica quantistica e relatività generale. La misurazione precisa della rotazione terrestre potrebbe anche fornire nuove informazioni sulla gravità e sulla struttura dello spazio-tempo. Con questo lavoro rivoluzionario, Silvestri sta superando i limiti precedenti e contribuendo alla comprensione della fisica a livello fondamentale.
(A) In un laboratorio di Vienna, in Austria, è stato costruito un interferometro a fibra di Sagnac ruotabile da 715 m2 . (B) Schema semplificato del setup sperimentale. Le coppie di fotoni polarizzati ortogonalmente vengono convertite in stati N00N entangled nell'interferometro di Sagnac tramite una piastra a semionda (HWP) seguita da un beam splitter polarizzante (PBS). L'angolo di cornice Θ è definito come l'angolo tra il vettore della velocità angolare della Terra e il vettore dell'area del loop della fibra. Il segnale viene estratto osservando lo spostamento di fase delle frange di interferenza quantistica indotte dalla rotazione terrestre, utilizzando una serie di piastre a quarto d'onda (QWP) e un HWP, in combinazione con il conteggio di coincidenza a singolo fotone (&). (C) Un interruttore ottico (OS) viene utilizzato per attivare e disattivare il segnale di rotazione terrestre indipendentemente dall'angolo di incidenza Θ. Ciò si ottiene controllando la direzione di propagazione (in senso orario o antiorario) dei fotoni in una metà della bobina di fibra.
Apertura verso l’inesplorata regione di confine tra meccanica quantistica e relatività generale
L’apertura verso l’inesplorata regione di confine tra meccanica quantistica e relatività generale rappresenta un importante passo avanti nella comprensione della natura della gravità. Fino ad oggi, queste due teorie fondamentali della fisica sembravano incompatibili tra loro. Tuttavia, grazie all’utilizzo dell’entanglement quantistico nella misurazione della rotazione terrestre, si è aperta la possibilità di esplorare una nuova frontiera che potrebbe finalmente conciliare questi due mondi apparentemente divergenti. L’entanglement quantistico, fenomeno che lega insieme due particelle in modo indissolubile, ha permesso di sviluppare un esperimento rivoluzionario guidato da Raffaele Silvestri. Attraverso l’utilizzo dell’interferometro quantistico-ottico di Sagnac, questo esperimento supera i limiti precedenti, aprendo nuove prospettive per la fisica fondamentale e gettando le basi per una migliore comprensione della gravità e dei fenomeni che governano l’universo.
Un esperimento rivoluzionario guidato da Raffaele Silvestri
Raffaele Silvestri, un brillante fisico italiano, sta conducendo un esperimento rivoluzionario che potrebbe aprire nuove porte nella comprensione della fisica fondamentale. L’obiettivo principale del suo lavoro è misurare la rotazione terrestre utilizzando l’entanglement quantistico, un fenomeno affascinante che lega due particelle in modo indissolubile. Silvestri ha sviluppato un interferometro quantistico-ottico di Sagnac altamente sensibile per rilevare le minime variazioni nella rotazione della Terra. Questo esperimento promette di superare i limiti precedenti e di offrire una nuova frontiera nella ricerca sulla gravità e sulla relazione tra meccanica quantistica e relatività generale. La guida e l’esperienza di Silvestri sono fondamentali per il successo di questa sfida scientifica senza precedenti, e la comunità scientifica attende con trepidazione i risultati di questo innovativo esperimento.
(Al centro) Frange di interferenza quantistica normalizzate di misure di stati entangled a singolo fotone e a due fotoni. I segni rossi e arancioni (blu e verdi) mostrano i conteggi di coincidenza normalizzati a due fotoni (a un fotone) con il segnale di rotazione della Terra attivato e disattivato, rispettivamente. Le curve corrispondenti sono adattamenti ai minimi quadrati dei dati utilizzando un modello dell'esperimento (si veda il Materiale supplementare). La frequenza di frangia raddoppiata delle curve a due fotoni rivela la super-risoluzione dovuta all'entanglement quantistico. (Sinistra e destra) Spostamenti di fase Sagnac indotti dalla rotazione terrestre a Θ = 2,5°, con zoom intorno a ϕ = π, π/2 e 0 per la misura a singolo fotone (sinistra) e intorno a ϕ = π, 3π/4 e π/2 per la misura a due fotoni (destra). Le larghezze delle linee verticali indicano l'entità delle incertezze dovute al rumore non correlato del conteggio dei fotoni. Poiché lo stesso bias di fase ϕ0 è stato applicato sia alle misure a un fotone che a quelle a due fotoni, lo sfasamento di Sagnac raddoppiato non si manifesta nei grafici. 1, stato a un fotone; 2, stato a due fotoni N00N; M, massimo; m, minimo; q, quadratura.
La sensibilità dell’interferometro quantistico-ottico di Sagnac
L’interferometro quantistico-ottico di Sagnac è uno strumento di misurazione estremamente sensibile che riveste un ruolo fondamentale nella recente scoperta della rotazione terrestre utilizzando l’entanglement quantistico. Questo dispositivo, utilizzato da Raffaele Silvestri e il suo team di ricercatori, si basa sulla combinazione di principi della meccanica quantistica e dell’ottica per rilevare variazioni minime nella rotazione della Terra. L’interferometro sfrutta l’entanglement quantistico tra fotoni e atomi, permettendo di rilevare cambiamenti nella fase delle onde luminose indotte dalla rotazione terrestre con una precisione senza precedenti. Grazie alla sua elevata sensibilità, questo interferometro rappresenta una vera e propria pietra miliare nella fisica fondamentale, aprendo la strada a nuove ricerche sulla gravità e all’esplorazione di fenomeni ancora inesplorati nell’interfaccia tra meccanica quantistica e relatività generale.
Superando i limiti precedenti: una nuova frontiera per la fisica fondamentale
Nell’ambito della ricerca scientifica, il superamento dei limiti preesistenti è sempre un obiettivo ambizioso e stimolante. Nel caso specifico dell’esperimento condotto da Raffaele Silvestri, la misurazione della rotazione terrestre utilizzando l’entanglement quantistico rappresenta una pietra miliare nella comprensione della gravità. Grazie all’utilizzo di un interferometro quantistico-ottico di Sagnac, gli scienziati sono riusciti a raggiungere una sensibilità senza precedenti nel rilevare variazioni minime nella rotazione terrestre. Questo risultato apre la strada verso nuove scoperte e una maggiore comprensione dei fenomeni fondamentali della fisica. La possibilità di esplorare l’inesplorata regione di confine tra meccanica quantistica e relatività generale promette di portare ad avanzamenti significativi nella nostra conoscenza dell’universo e delle leggi che lo governano. L’esperimento rivoluzionario guidato da Silvestri segna quindi un importante passo avanti verso questa nuova frontiera della fisica fondamentale.
Dati dello stato a un fotone (blu) e dello stato a due fotoni N00N (rosso). I segni quadrati verdi sono ottenuti utilizzando un polarimetro con luce CW a sei diversi Θ che vanno da -90° a +22,5°, uniformemente distanziati di 22,5°. La curva solida verde è l'adattamento ai minimi quadrati delle misure CW con la funzione di adattamento ϕE(Θ) = SΩE cos (Θ + Θ0). Questa misura ci permette di trovare l'angolo di incorniciatura che massimizza la fase Sagnac (Θ = 0°). La curva tratteggiata verde è tracciata come 2SΩE cos (Θ + Θ0) per confrontarla con le misure dello stato N00N a due fotoni.
Silvestri, R., Yu, H., Strömberg, T., Hilweg, C., Peterson, R. W., & Walther, P. (2024). Experimental observation of Earth’s rotation with quantum entanglement. Science Advances, 10(24), eado0215. doi:10.1126/sciadv.ado0215
In conclusione…
L’entanglement quantistico e la misurazione della rotazione terrestre hanno aperto nuove porte verso la comprensione della gravità e l’approfondimento della relazione tra meccanica quantistica e relatività generale. Grazie all’esperimento rivoluzionario guidato da Raffaele Silvestri e alla sensibilità dell’interferometro quantistico-ottico di Sagnac, siamo ora in grado di superare i limiti precedenti e affrontare una nuova frontiera per la fisica fondamentale. Questa scoperta solleva molte domande e apre nuovi orizzonti di ricerca. Come potremmo utilizzare l’entanglement quantistico per esplorare altre regioni di confine tra le teorie fisiche? Quali altre misurazioni potremmo effettuare per approfondire la nostra comprensione della gravità? Queste sono solo alcune delle sfide che ci aspettano nel futuro, ma senza dubbio, l’utilizzo dell’entanglement quantistico nella misurazione della rotazione terrestre è un passo significativo verso una maggiore conoscenza del nostro universo.
