Quasi 60 anni fa, il fisico vincitore del Premio Nobel Nikolaas Bloombergen predisse un nuovo fenomeno chiamato risonanza elettrica nucleare. Ma nessuno è stato in grado di dimostrarlo in azione – fino ad ora.
Prove effettive di risonanza elettrica nucleare sono state scoperte accidentalmente in un laboratorio dell'Università del New South Wales (UNSW) in Australia, a causa di apparecchiature difettose. La svolta offre agli scienziati un nuovo livello di controllo sui nuclei e potrebbe accelerare notevolmente lo sviluppo dei computer quantistici.
Al centro di questo fenomeno è l'idea di controllare la rotazione dei singoli atomi utilizzando campi elettrici anziché magnetici. Ciò significa un controllo più preciso dei nuclei, che può influenzare varie aree della scienza.
“Questa scoperta significa che ora abbiamo la capacità di costruire computer quantistici utilizzando spin monoatomici senza la necessità di alcun campo magnetico vibrazionale per funzionare”, afferma il fisico quantistico Andrea Morello di UNSW.
“Inoltre, possiamo usare questi nuclei come sensori squisitamente accurati per i campi elettrici e magnetici, o per rispondere a domande fondamentali nella scienza quantistica”.
In alcune situazioni, la risonanza elettrica nucleare può sostituire la risonanza magnetica nucleare, che è ampiamente utilizzata oggi per vari scopi: per scansionare corpi umani, elementi chimici, formazioni rocciose e altro ancora.
Il problema con un campo magnetico è che richiede correnti elevate, bobine grandi e spazio considerevole.
Se vuoi monitorare singoli nuclei atomici, forse per il calcolo quantistico o sensori molto piccoli, la risonanza magnetica nucleare non è uno strumento molto buono con cui lavorare.
“Eseguire la risonanza magnetica è come provare a spostare una pallina specifica su un tavolo da biliardo sollevando e scuotendo l'intero tavolo”, dice Morello. “Muoveremo la palla bersaglio, ma sposteremo anche tutte le altre”.
“Fare una pausa nella risonanza elettrica è come dare un vero bastone da biliardo per colpire la palla esattamente dove vuoi.”
È stato durante l'esperimento di risonanza magnetica nucleare che i ricercatori dell'UNSW hanno risolto il problema posto da Bloombergen nel 1961, ed era tutto correlato a un'antenna rotta. Dopo alcuni risultati inaspettati, i ricercatori si sono resi conto che la loro attrezzatura non funzionava bene e hanno dimostrato la risonanza elettrica nucleare.
Con successive simulazioni al computer, il team è stato in grado di dimostrare che i campi elettrici possono influenzare il nucleo a un livello fondamentale, distorcendo i legami atomici attorno al nucleo e provocandone il riorientamento.
Ora che gli scienziati sanno come può funzionare la risonanza elettrica nucleare, possono esplorare nuovi modi per usarla. Inoltre, possiamo aggiungere questo a un elenco crescente di scoperte scientifiche significative che sono state fatte per caso.
“Questo straordinario risultato aprirà un tesoro di scoperte”, afferma Morello. “Il sistema che abbiamo creato è abbastanza sofisticato per studiare come il mondo classico che sperimentiamo ogni giorno emerge dal regno quantistico”.
“Inoltre, possiamo usare la sua complessità quantistica per creare sensori per campi elettromagnetici con una sensibilità notevolmente migliorata. E tutto questo in un semplice dispositivo elettronico fatto di silicio con una piccola tensione applicata a un elettrodo metallico. '
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.
Fonti: Foto: UNSW / Tony Melov
