Quantistica

Mettendo in mostra un controllo preciso a livello quantistico, i fisici del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno sviluppato un metodo per fare in modo che un ione (atomo caricato elettricamente) mostri quantità esatte di movimento a livello quantico - qualsiasi quantità specifica fino a 100 pacchetti di energia o “quanti”, più di cinque volte il precedente massimo record di 17.

La meccanica quantistica, la teoria fondamentale del mondo atomico, afferma che l'energia viene rilasciata o assorbita in piccoli pacchi, o pacchetti, chiamati quanti. Gli atomi rilasciano energia luminosa irradiando fotoni o quanti di luce. Se catturati in una trappola dai ricercatori, l'energia motoria degli atomi viene trasportata dai fononi o quanti di movimento.

Oltre a creare singoli numeri di quanti, il team di scienziati del NIST ha controllato il movimento a pendolo del proprio ione per mostrare contemporaneamente due diverse quantità di quanti: zero (movimento minimo) più qualsiasi il numero fino a 18. Tale “sovrapposizione” di due stati è un segno distintivo del curioso mondo quantistico.

Pubblicati di recente su Nature, (1) i nuovi metodi potrebbero essere utilizzati con qualsiasi oscillatore meccanico quantistico, compresi i sistemi che oscillano come un semplice pendolo o vibrano come una molla.

I ricercatori dell'Università Leibniz Hannover e Physikalisch-Technische Bundesanstalt sviluppano sensori quantici più sensibili per misurazioni molecolari.

Per secoli, gli esseri umani hanno ampliato la loro comprensione del mondo attraverso misurazioni sempre più precise della luce e della materia. Oggi i sensori quantici ottengono risultati estremamente accurati. Un esempio di questo è lo sviluppo di orologi atomici, che non dovrebbero né guadagnare né perdere più di un secondo in trenta miliardi di anni. Le onde gravitazionali sono state rilevate anche tramite sensori quantistici, in questo caso utilizzando interferometri ottici.

I sensori quantistici possono raggiungere sensibilità che sono impossibili secondo le leggi della fisica convenzionale che governa la vita di tutti i giorni. Questi livelli di sensibilità possono essere raggiunti solo se si entra nel mondo della meccanica quantistica con le sue affascinanti proprietà - come il fenomeno della sovrapposizione, in cui gli oggetti possono essere in due posti contemporaneamente e dove un atomo può avere due diversi livelli di energia allo stesso livello tempo.

Sia generare che controllare tali stati non classici è estremamente complesso. A causa dell'alto livello di sensibilità richiesto, queste misurazioni sono soggette a interferenze esterne. Inoltre, gli stati non classici devono essere adattati a uno specifico parametro di misurazione.

Il dottor Fabian Wolf, assieme al team di ricercatori dell'Università Leibniz di Hannover, Physikalisch-Technische Bundesanstalt di Braunschweig e dell'Istituto nazionale di ottica di Firenze, ha introdotto un metodo basato su uno stato non classico adattato a due parametri di misurazione contemporaneamente. Egli afferma: “sfortunatamente, questo spesso determina una maggiore inesattezza rispetto ad altri parametri di misurazione rilevanti. Questo concetto è strettamente legato al principio di indeterminazione di Heisenberg.”

Le cellule del corpo sono cablate come chip di computer per dirigere segnali che istruiscono il loro funzionamento.

Secondo a una ricerca, finanziata dalla British Heart Foundation e pubblicata su Nature Communications, (1) è emerso che: a differenza di un circuito fisso, le cellule del corpo possono cablare rapidamente le loro reti di comunicazione per cambiare il loro comportamento. La scoperta di questa rete cellulare fornisce una più ampia comprensione delle dinamiche di diffusione delle istruzioni indirizzate a una cellula.

Si pensava che i vari organi e strutture all'interno di una cella fluttuassero nel citoplasma.

I ricercatori dell'Università di Edimburgo hanno trovato informazioni veicolate attraverso una rete di fili guida che trasmettono segnali su distanze minuscole e su scala nanometrica. È il movimento di molecole cariche attraverso queste minuscole distanze che trasmettono informazioni, proprio come in un microprocessore informatico, affermano gli scienziati.

Questi segnali localizzati sono responsabili di orchestrare le attività della cellula, come istruire le cellule muscolari per rilassarsi o contrarsi. Quando questi segnali raggiungono il materiale genetico nel cuore della cellula, chiamato nucleo, istruiscono piccoli cambiamenti nella struttura che rilasciano geni specifici in modo che possano essere espressi. Questi cambiamenti nell'espressione genica alterano ulteriormente il comportamento della cellula. Quando, per esempio, la cellula si sposta da uno stato stazionario a una fase di crescita, il sistema viene completamente riconfigurato per trasmettere segnali che attivano i geni necessari per la crescita.

I ricercatori asseriscono che comprendere il codice che controlla questo sistema di cablaggio potrebbe aiutare a capire lo sviluppo di patologie come l'ipertensione polmonare e il cancro. Questa comprensione potrebbe un giorno permettere di scoprire nuove terapie.