Impossibile fino a ieri: gli scienziati raggiungono un traguardo senza precedenti nelle misure quantistiche

Questa scoperta è straordinaria, e il risultato ottenuto fino a qualche tempo fa sembrava impossibile. Si aggiunge un nuovo traguardo!

Chi avrebbe mai pensato che una nuvola di atomi potesse raccontarci come ci stiamo muovendo nello spazio? Eppure è proprio quello che è successo a Boulder, in Colorado, dove un gruppo di fisici ha fatto qualcosa che, fino a poco fa, sembrava davvero fuori portata: misurare l’accelerazione in tre dimensioni contemporaneamente usando un aggeggio quantistico. Sì, proprio tre assi in una sola volta. E no, non stiamo parlando di GPS o sensori classici.

Tutto nasce da un “interferometro” atomico. In pratica, si prende una nuvola di atomi (nel caso specifico, rubidio), la si raffredda a temperature vicinissime allo zero assoluto e poi si inizia a farle delle sorte di “carezze” con laser sottili quanto un capello. Così si riesce a captare anche le più piccole variazioni di movimento nello spazio.

Il dispositivo, descritto da Kendall Mehling, Catie LeDesma e Murray Holland dell’Università del Colorado a Boulder, è qualcosa che potrebbe rivoluzionare il modo in cui navighiamo. Oggi ci affidiamo al GPS e agli accelerometri elettronici, ma questi strumenti hanno i loro limiti: invecchiano, si guastano, si deformano. Gli atomi invece non cambiano col tempo. E questo cambia le regole del gioco.

Lo studio è stato pubblicato su Science Advances (Ledesma et al., 2025), e nasce anche grazie a un finanziamento importante: nel 2023 la NASA ha assegnato al team un contributo di 5,5 milioni di dollari per proseguire il progetto.

Un laboratorio molto particolare

A prima vista, l’esperimento sembra più adatto a un film che a un manuale di fisica. Immagina un tavolo grande quanto uno da air hockey. Sopra, sei laser sparati con estrema precisione su una nuvola di atomi di rubidio. Li raffreddano a una manciata di miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto. A quelle temperature nasce un Bose-Einstein Condensate (BEC), una sorta di materia “quantistica” dove tutti gli atomi si comportano come un’unica entità coerente.

Con la luce laser, i ricercatori creano una sorta di “spinta”, separando gli atomi in due “fantasmi” che seguono strade diverse. È una separazione solo apparente, perché ogni singolo atomo entra in uno stato di superposizione quantistica: è qui e altrove allo stesso tempo. Poi, come onde che si propagano in uno stagno, questi due percorsi si riuniscono, si sovrappongono e… interferiscono. Ed è proprio questo “disegno”, una specie di impronta digitale nel vuoto, che racconta com’è avvenuto il movimento.

Uno sguardo al futuro

Una delle cose più interessanti di questo sistema è che, per riuscire a controllare tutte queste fasi così delicate, i fisici si sono affidati anche all’intelligenza artificiale. Più precisamente al machine learning. Addestrando un algoritmo, sono riusciti a programmare l’intero ciclo di separazione e ricombinazione degli atomi, senza dover armeggiare manualmente con tutti i parametri. In pratica, è la macchina che impara a orchestrare il balletto dei laser. 

Il dispositivo riesce già oggi a misurare accelerazioni migliaia di volte più piccole della gravità terrestre, anche se non è ancora pronto a sostituire gli accelerometri commerciali. Ma ha un vantaggio enorme: può essere riconfigurato via software per diventare anche giroscopio, misuratore di gravità o sensore di rotazione. Il cuore del sistema resta lo stesso. L’interferometro non ha bisogno di cambiare hardware. E soprattutto, a differenza di altri sensori atomici, è meno sensibile ai disturbi elettrici e magnetici esterni (Ledesma et al., 2025).