Cnr e Politecnico di Milano hanno preso parte a uno studio internazionale che ha dimostrato la possibilità di controllare l’evoluzione nel tempo di un sistema quantistico attraverso l’interazione con impulsi di luce nell’ultravioletto estremo. La ricerca è stata pubblicata su Nature.
In copertina Foto Credits: Alessia Candeo
È stata così superata una delle sfide della meccanica quantistica: per la prima volta, è stato possibile manipolare l’evoluzione temporale di un sistema quantistico grazie a impulsi di luce nell’ultravioletto estremo. Il risultato è frutto del lavoro di un team guidato dal professor Lukas Bruder dell’Università di Friburgo, composto da 14 istituzioni internazionali, tra cui il Politecnico di Milano, l’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche di Milano (Cnr-Ifn), l’Istituto Officina dei Materiali del Consiglio nazionale delle ricerche di Trieste (Cnr-Iom), l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Laboratori Nazionali di Frascati, Roma) ed Elettra Sincrotrone Trieste.
Gli scienziati hanno dimostrato che è possibile governare il comportamento della materia a livello atomico utilizzando particolari proprietà della luce nell’ultravioletto estremo. L’esperimento, recentemente pubblicato sulla rivista Nature, ha reso possibile controllare gli stati quantistici della materia su scale temporali ultraveloci, con una notevole precisione sulle proprietà chimiche coinvolte. La tecnica è stata testata sugli atomi di elio, dove si è riusciti a modificare la posizione dei livelli energetici degli elettroni, misurandone poi il moto.
Il gruppo di ricerca ha affrontato con successo la complessità di modellare l’ampiezza, la fase e la polarizzazione di impulsi di luce ultrabrevi nell’ultravioletto estremo (XUV), utilizzandoli per modificare il comportamento degli atomi al punto da potenziare alcuni processi quantistici e sopprimerne altri. Gli esperimenti sono stati condotti presso il laser a elettroni liberi FERMI di Elettra Sincrotrone Trieste, uno dei centri di eccellenza della ricerca italiana.
Cristian Manzoni del Cnr-Ifn ha spiegato che, grazie allo studio, il cosiddetto controllo coerente – ovvero l’impiego della luce per guidare l’evoluzione di reazioni chimiche verso prodotti desiderati – era stato esteso alle regioni spettrali dell’XUV e dei raggi X.
Giulio Cerullo, del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano e tra gli autori della ricerca, ha concuso che quella nuova capacità, intrinsecamente quantistica, potrebbe in futuro permettere di sfruttare la luce come un vero e proprio reagente chimico, migliorando l’efficienza delle reazioni e consentendo di produrre, in modo più efficace, molecole ad alto valore aggiunto per applicazioni farmaceutiche.
Fonte: CNR – Consiglio Nazionale delle Ricerche
Nature: Strong-field quantum control in the extreme ultraviolet domain using pulse shaping
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