Elio superfluido: come fare un buco nero nell’elio

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Una sfera di atomi di elio freddo (in verde) che interagiscono con un contenitore circostante più grande dello stesso tipo di atomi (in blu) segue una legge della fisica quantistica osservata nei buchi neri. Crediti: Adrian Del Maestro/Nature Physics

Le simulazioni al computer di una sfera di 64 atomi di elio quasi allo zero assoluto immersa in un bagno superfluido dello stesso elemento rivelano lo stesso effetto quantistico “olografico” di un buco nero, che collega l’entropia di un buco nero all’area della sua “superficie” e non al suo volume.

È di pochi giorni fa la notizia della realizzazione di un prototipo in miniatura di un wormhole – un cunicolo spazio-temporale – simulato con due fogli di grafene uniti da un nanotubo di carbonio. Ora, tutti coloro che credono che l’immensamente grande e l’infinitamente piccolo siano in qualche modo connessi saranno felici di sapere che un gruppo di scienziati, in maggior parte dell’Università di Waterloo in Canada, ha scoperto che una sfera di atomi di elio superfreddo si comporta, in determinate condizioni, come un buco nero.

Niente allarmismi: non correremo il rischio di venire “spaghettificati” oltrepassando inavvertitamente l’orizzonte degli eventi di un minuscolo buco nero da laboratorio. Il risultato – pubblicato sulla rivista Nature Physics – è infatti frutto di una mera, per quanto complessa e precisa, simulazione numerica, dalla quale risulta che quando una microscopica palla di 64 atomi di elio superfluido è messa “a mollo” in un contenitore più grande di atomi dello stesso tipo, si comporta secondo una legge della fisica quantistica osservata anche nei buchi neri.

Questa legge, chiamata entanglement area law, collega l’entropia di un buco nero all’area del suo orizzonte degli eventi: quando la materia cade in un buco nero, la quantità d’informazione trangugiata – che gli scienziati chiamano entropia – aumenta in proporzione all’area e non al volume del buco nero. Una proprietà quantistica che farebbe comodo anche nella vita di tutti i giorni: permetterebbe di poter stipare più vestiti in un guardaroba semplicemente aumentando le dimensioni della porta senza aumentare il volume dell’armadio.

Adrian Del Maestro. Crediti: Joshua Brown

«Abbiamo trovato che lo stesso tipo di legge è valida per l’informazione quantistica nell’elio superfluido», sintetizza Adrian Del Maestro, fisico all’Università del Vermont negli Stati Uniti e portavoce del nuovo studio. Il ricercatore spiega come, approssimativamente sotto i due gradi Kelvin, vicino allo zero assoluto, gli atomi di elio s’impastano assieme a tal punto da non potere essere più descritti separatamente gli uni dagli altri, dando invece forma a una sorta di danza sincronizzata, che gli scienziati descrivono come correlata quantisticamente (quantum entangled).

In tali condizioni si ottiene un effetto simile a quello di un ologramma, in cui un volume di spazio tridimensionale è interamente codificato sulla sua superficie bidimensionale. Proprio come succede per un buco nero.

Al di là dell’aspetto speculativo, certamente affascinante, secondo gli autori ci potranno essere degli sviluppi pratici. «L’elio superfluido potrebbe diventare una risorsa importante, un “carburante”, per una nuova generazione di computer quantistici», afferma infatti Del Maestro, ma per arrivare a utilizzare il suo enorme potenziale di capacità d’elaborazione delle informazioni «dobbiamo capire più a fondo come funziona».

Articolo scientifico: “Entanglement area law in superfluid 4He”, di C. M. Herdman, P.-N. Roy, R. G. Melko e A. Del Maestro, pubblicato su Nature Physics

Stefano Parisini
media.inaf.it

Elio superfluido: come fare un buco nero nell’elio ultima modifica: 2017-03-29T17:55:57+00:00 da Richard
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Noi siamo l’incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all’autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)