In un laboratorio a Okinawa gli scienziati hanno per la prima volta fatto sì che gli spin quantistici degli elettroni spostassero un oggetto di un centimetro. Un diamante, sospeso sopra una lastra di grafite, si è spostato di cento nanometri — una distanza paragonabile a un millesimo di capello umano. Non è un semplice trucco tecnico: l'esperimento mostra come le forze del micromondo possano influenzare cose che siamo abituati a considerare classiche e soggette alla gravità.
Il team dell'Istituto di scienza e tecnologia di Okinawa ha utilizzato particolari difetti nel cristallo di diamante — i centri azoto-vacanza. Questi difetti permettono di controllare gli spin degli elettroni con la luce laser. La lastra di grafite levitava sopra una scacchiera di magneti grazie al diamagnetismo, mentre il diamante del peso di alcuni milligrammi era sospeso più in basso. La massa totale del sistema è di circa 128 milligrammi.
Quando il laser illuminava il diamante a impulsi, gli spin degli elettroni creavano minuscole oscillazioni magnetiche. Queste oscillazioni si trasformavano in una forza meccanica che spingeva l'intero oggetto su e giù. Il movimento era registrato da un interferometro. In aria lo spostamento raggiungeva i cento nanometri, nel vuoto fino a un micrometro e mezzo. È importante che la forza nascesse proprio dall'effetto quantistico, e non dal calore o dalle vibrazioni.
In precedenza le forze di spin si riuscivano a osservare solo su singoli atomi. Ora il confine tra il mondo quantistico e quello classico si è spostato di otto-nove ordini di grandezza per massa. L'oggetto è ormai abbastanza grande perché la gravità agisca su di esso in modo percepibile — questo apre la strada alla verifica se la gravità obbedisca alle regole quantistiche.
L'esperimento è stato condotto a temperatura ambiente, utilizzando la lunga coerenza degli spin nei centri NV. Gli scienziati sottolineano: questo è un passo dal grande al piccolo. Proprio come la levitazione diamagnetica solleva i treni a levitazione magnetica, qui essa ha permesso di isolare il sistema dai disturbi esterni e di vedere una risposta puramente quantistica.
In prospettiva il metodo aiuterà a creare sovrapposizioni macroscopiche — stati in cui un oggetto si trova contemporaneamente in due luoghi. I ricercatori sperano di avvicinarsi alla scala del «gatto di Schrödinger» e di costruire sensori ultra precisi per la ricerca della materia oscura o delle onde gravitazionali. Per ora il movimento resta classico, ma è causato da una forza quantistica.
Il lavoro è pubblicato su Science Advances. Esso mostra che il confine tra i mondi non è così insormontabile come sembrava, e ogni nuovo centimetro ci avvicina alla comprensione della struttura della realtà.
