Fizica este o știință care încearcă să înțeleagă legile fundamentale care guvernează universul. De mai bine de 100 de ani, cercetătorii încearcă să rezolve un mare mister: cum să reconciliem cele două lumi care par atât de diferite, cea a fizicii clasice și cea a fizicii cuantice? O nouă descoperire științifică ar putea aduce în sfârșit aceste două lumi aparent contradictorii mai aproape.
Fizica clasică, cea care ne guvernează viața de zi cu zi, se ocupă de obiecte pe care le putem observa direct la scara noastră, precum planete, mașini sau mingi. În această lume, legile lui Newton și Einstein ne ajută să prezicem traiectoriile și comportamentele obiectelor în mișcare. Principiile sunt relativ simple, iar realitatea pe care o vedem este determinată de cauze și efecte clare. La scară microscopică, când ne apropiem de particulele subatomice precum electronii sau fotonii, lucrurile devin mult mai puțin previzibile. Aici intervine fizica cuantică. Această ramură a fizicii studiază comportamentul particulelor la scări incredibil de mici, unde legile clasice nu se mai aplică. De exemplu, particulele se pot comporta atât ca unde, cât și ca particule (dualitate undă-particulă) sau pot exista în mai multe stări simultan (suprapunere). Aceste fenomene sunt contraintuitive și au sfidat înțelegerea oamenilor de știință de zeci de ani.
În mod tradițional, oamenii de știință au studiat separat fizica clasică și fizica cuantică. Cu toate acestea, un dispozitiv experimental dezvoltat recent la Florența face posibilă trecerea acestei granițe și observarea simultană a fenomenelor din ambele lumi. Acest dispozitiv inovator a fost dezvoltat datorită colaborării cercetătorilor de la Universitatea din Florența, Institutul Național de Optică (CNR-INO) și alte câteva laboratoare științifice. El a foste prezentat într-un articol publicat în Optica.
Principiul dispozitivului se bazează pe un fenomen numit „levitație optică”. A fost descoperit în anii 1980 de către fizicianul american Arthur Ashkin și implică utilizarea unui fascicul laser foarte focalizat pentru a „prinde” particule mici, cum ar fi nanosferele de sticlă. Aceste particule sunt ținute în suspensie prin interacțiunea dintre lumină și materie și pot fi manipulate cu o precizie extremă. Echipa de cercetători italieni a folosit această tehnică pentru a capta două nanosfere de sticlă. În interiorul capcanei optice, aceste sfere oscilează în jurul punctului lor de echilibru la frecvențe foarte specifice. Acest fenomen permite cercetătorilor să observe în timp real comportamente tipice atât pentru fizica clasică, cât și pentru cea cuantică.
Particulele prinse în acest dispozitiv oscilează într-un mod care urmează legile clasice la o anumită scară. De exemplu, sferele pot oscila în jurul punctului lor de echilibru în moduri previzibile, cu mișcări regulate, măsurabile. Aceasta este ceea ce ne-am putea aștepta de la un obiect macroscopic, cum ar fi o minge sau un pendul. Același sistem ne permite, de asemenea, să observăm fenomene tipice cuantice. Particulele din capcană sunt suficient de mici încât efectele cuantice, cum ar fi suprapunerea și împletirea, devin vizibile. De exemplu, sferele sunt încărcate electric și interacționează între ele. Traiectoria urmată de una dintre sfere depinde puternic de cea a celeilalte, ceea ce face posibilă examinarea fenomenelor colective în care fizica cuantică joacă un rol esențial. Aceste comportamente sunt adesea contraintuitive și nu pot fi explicate doar prin fizica clasică.
Această descoperire deschide perspective interesante pentru viitorul științei. Permițând studiul simultan al ambelor tipuri de fizică, cercetătorii pot explora acum întrebări fundamentale despre interacțiunea dintre fizica clasică și cea cuantică. Această cercetare ar putea avea și aplicații practice. De exemplu, studiind aceste sisteme la marginea celor două lumi, oamenii de știință ar putea descoperi noi modalități de a manipula materia la scară foarte mică, ceea ce ar putea duce la progrese în domenii precum calculul cuantic, senzorii ultrasensibili și tehnologia materialelor. Mai mult, această descoperire aruncă o lumină nouă asupra uneia dintre cele mai interesante întrebări din fizică: cum se comportă materia la granița dintre cele două lumi? Este posibil să fuzionezi legile fizicii clasice și cuantice într-un model unificat? Deși încă nu s-au găsit răspunsuri concrete, acest studiu reprezintă un pas important către rezolvarea acestui mister.
