Misurare la gravità con una precisione mai raggiunta prima. Sembra fantascienza, eppure è esattamente quello che promette il nuovo phonon laser sviluppato da un gruppo di scienziati della University of Rochester e del Rochester Institute of Technology. E no, non si tratta di un laser tradizionale, di quelli che sparano fasci di luce. Qui parliamo di qualcosa di diverso, più sottile: un laser che lavora con il suono. O meglio, con le vibrazioni a livello quantistico.

Facciamo un passo indietro. I laser classici funzionano controllando i fotoni, cioè le particelle di luce. Da qualche anno, però, la ricerca si è spostata su un terreno nuovo: i fononi, che in sostanza sono minuscole unità di vibrazione. Riuscire a controllarli significa aprire la porta a effetti quantistici parecchio interessanti, come l’entanglement. Il team guidato da Nick Vamivakas, professore di Fisica Ottica a Rochester, aveva già dimostrato nel 2019 che era possibile intrappolare e far levitare vibrazioni usando una pinzetta ottica nel vuoto. Ma c’era un problema enorme da risolvere prima di poter usare tutto questo per misurazioni di precisione.

Il nemico numero uno: il rumore

Ogni laser, anche quello più sofisticato, ha a che fare con il rumore. Quelle fluttuazioni indesiderate che disturbano il segnale e fanno perdere accuratezza. A occhio nudo un fascio laser sembra perfettamente stabile, ma in realtà oscilla parecchio. Vamivakas lo spiega in modo piuttosto diretto: spingendo e tirando il phonon laser con la luce nel modo giusto, si riesce a ridurre quella fluttuazione in maniera significativa.

La tecnica utilizzata si chiama squeezing, e serve a comprimere il rumore termico naturale presente nel sistema. Abbassare quel rumore vuol dire ottenere misurazioni molto più pulite. Secondo i risultati pubblicati su Nature Communications, questo approccio permette di misurare l’accelerazione con una precisione superiore rispetto ai metodi basati su laser ottici tradizionali o sulle tecnologie a radiofrequenza. Non è un miglioramento marginale: è un salto di qualità.

Dalla fisica fondamentale alla navigazione senza satelliti

Le applicazioni pratiche del phonon laser vanno ben oltre il laboratorio. Con questo livello di precisione, diventa possibile studiare la gravità e altre forze fondamentali in modi finora impensabili. Ma la cosa che probabilmente colpisce di più è l’impatto potenziale sui sistemi di navigazione. Già da tempo si parla di bussole quantistiche, dispositivi capaci di orientarsi senza bisogno del GPS e impossibili da disturbare o ingannare. Il phonon laser potrebbe essere proprio il tassello mancante per rendere questi concetti qualcosa di concreto.

La ricerca, sostenuta dalla National Science Foundation, rappresenta un punto di svolta per chi lavora nel campo della fisica quantistica applicata. Non si tratta solo di capire meglio come funziona l’universo a scale infinitesimali. Si tratta di costruire strumenti che un giorno potrebbero sostituire tecnologie su cui oggi facciamo affidamento quotidiano. Il phonon laser, insomma, è una di quelle innovazioni che partono da un laboratorio universitario e finiscono per cambiare le regole del gioco.

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