A Trento l’universo viene svelato dagli atomi “ultrafreddi”

Un laboratorio apparentemente piccolo, ma dove è stato creato un modello dell'universo. È quello del Pitaevskii BEC Center a Povo, frutto di un’iniziativa congiunta di Università di Trento e Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR).   

Qui un team di ricerca composito, che unisce ricercatori del CNR e un docente e degli studenti di dottorato dell’ateneo trentino (e si è avvalso del contributo di due professori dell’Università di Newcastle), ha utilizzato atomi definiti ultrafreddi per cercare di dar risposta a ipotesi sul cosmo dibattute da decenni.

“Quello che abbiamo fatto è intrappolare e raffreddare una nuvola composta da circa un milione di atomi, che agiscono all'unisono come un piccolo sistema o un microcosmo, che può essere studiato con le stesse formule usate dalla cosmologia  - spiega Alessandro Zenesini, ricercatore dell’Istituto Nazionale di Ottica del CNR e primo autore dello studio pubblicato da Nature Physics che è derivato dalla ricerca - e abbiamo osservato come si comportano al variare di alcune configurazioni, cambiando di volta in volta alcuni parametri sperimentali”.

Tutto questo avviene grazie a un apparato che si attiva facendo evaporare del sodio metallico. E ricavando così un gas atomico su cui agisce poi un laser: “Abbiamo costruito un apparato di raffreddamento di gas atomici. Con la luce spostiamo gli atomi da una regione all'altra dell'apparato sperimentale - spiega il docente dell’Università di Trento Gabriele Ferrari - e utilizziamo la radiazione laser per rallentare e raffreddare gli atomi a una temperatura prossima allo zero assoluto. Così gli facciamo raggiungere uno stato quantistico chiamato condensazione di Bose-Einstein, in cui si comportano come un unico fluido”.

Destinazione finale degli atomi è una camera cilindrica in cui, prosegue Ferrari, “gli atomi sono protetti dalle perturbazioni di campo magnetico che ci circondano, in modo da poterne controllare le proprietà. E grazie a questa stabilità siamo in grado di manipolare le qualità degli atomi e utilizzare questo campione per simulare le proprietà dell'universo”.

Così si crea un ambiente controllato in laboratorio nel quale effettuare misurazioni e analizzare situazioni ipotizzate in cosmologia, che non sarebbe possibile osservare diversamente. Questo ha permesso di creare il cosiddetto "falso vuoto", che secondo alcune teorie sarebbe lo stato attuale dell'universo. E verificare una sua possibile evoluzione: “Si tratta del cosiddetto decadimento del falso vuoto, previsto in cosmologia - spiega Alessandro Zenesini - prevede che il sistema passi da uno stato di energia più alta, detto appunto ‘falso vuoto’, a uno ad energia più bassa, il ‘vero vuoto’”. 

Lo studio ha dimostrato che questo processo esiste e gli atomi lo completerebbero formando delle “bolle”. Se ne sono poi misurate caratteristiche, frequenza e mutamenti al cambiare di alcuni parametri. 

Ed è solo una delle teorie che si potranno testare con questo apparato sperimentale e gli atomi ultrafreddi. Ipotesi sulla nascita e l'evoluzione dell'universo. Ma anche sulla sua possibile fine: “Potrebbe esistere una possibilità, piccolissima e che non deve farci paura, che il nostro universo decada in uno stato di vero vuoto nel quale la fisica che conosciamo non esisterebbe più. Quindi senza atomi e molecole, senza più niente - conclude Zenesini - al momento è una pura previsione teorica, che non è possibile confermare o smentire". Ma grazie al lavoro svolto a Povo c'è ora uno strumento in più per verificarla.