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Analogo idrodinamico della radiazione dal petrolio

17.02.2023

Scienziati americani e francesi hanno ottenuto in una nave vibrante con olio un analogo idrodinamico della radiazione, un effetto dell'ottica quantistica. A causa delle vibrazioni, sulla superficie dell'olio si formano onde che provocano la comparsa di gocce, così come insiemi di atomi sono in grado di emettere luce attraverso un'interazione collettiva tra loro. L'esperimento dei fisici ha evidenziato le caratteristiche dell'effetto quantistico e troverà applicazione anche nei calcoli dei sistemi idrodinamici.

Quando gli atomi di un insieme sono molto vicini tra loro, a meno di una lunghezza d'onda di distanza, interagiscono tra loro attraverso un campo elettromagnetico, che consente loro di emettere fotoni collettivamente e con un'intensità maggiore di qualsiasi singolo atomo. Questo fenomeno è chiamato superradianza e non è solo di interesse teorico per gli scienziati, ma anche di interesse pratico, perché può essere utilizzato in una varietà di campi legati all'ottica: dai laser alle tecnologie dell'informazione quantistica.

Nel loro lavoro, i fisici del Massachusetts Institute of Technology hanno dimostrato un fenomeno simile alla superradianza, ma in un recipiente pieno di petrolio.

La creazione di analoghi idrodinamici dei fenomeni quantistici, anch'essi basati sulle onde, i fisici la stanno facendo da molto tempo. Ad esempio, esistono versioni idrodinamiche dell'effetto Casimir, dell'effetto Aharonov-Bohm e persino esperimenti con buchi oscuri. Consentono di studiare fenomeni difficili o addirittura impossibili da studiare direttamente. Nei loro esperimenti, i fisici sono riusciti a fissare diverse caratteristiche essenziali della super-radiazione riproducendola in un recipiente vibrante con olio, in cui le cavità sul fondo fungevano da atomi, e la radiazione si manifestava sotto forma di gocce sulla superficie dell'onda connessione tra loro.

Per lo studio, gli scienziati hanno creato un contenitore con due rientranze profonde 6 millimetri e di 7 millimetri di diametro, la cui distanza variava da 8 a 12 millimetri. Servivano come risonatori, sui quali veniva versato olio in uno strato sottile di 0,75 millimetri. L'intera struttura è stata sottoposta a vibrazioni con una frequenza di 39 hertz di diverse ampiezze, che i fisici hanno selezionato per superare il cosiddetto confine di Faraday, il confine oltre il quale le increspature (onde di Faraday) sono apparse sulla superficie. Si è scoperto che anche a distanze così considerevoli, il campo d'onda della perturbazione di un risonatore può raggiungerne un altro, il che consente loro di effettuare interazioni a lungo raggio.

Il mesentere si manifestava più intensamente sopra i risonatori, vicino ai quali si staccavano delle gocce dalla superficie. Poiché le onde di entrambi i risonatori si sono incontrate e hanno interferito, ciò ha influito anche sulla formazione di goccioline. Il numero di gocce di fisica formate al secondo è stato preso come radiazione. Nel sistema che hanno creato, la comparsa delle gocce è analoga all'emissione di un fotone attraverso l'interazione collettiva degli atomi.

Oltre all'amplificazione della radiazione, l'esperimento idrodinamico con superradianza ha molte altre caratteristiche chiave in comune con la superradianza dell'ottica quantistica. Un'altra geometria dei risonatori aiuterebbe a riprodurre la sub-radiazione. Come scrivono i ricercatori, la formazione di gocce nel loro sistema diventerà una nuova piattaforma per studiare gli analoghi idrodinamici del fenomeno della radiazione collettiva delle particelle e per espandere ulteriormente il campo degli analoghi idrodinamici dei fenomeni quantistici.

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Durante la creazione di un robot in grado di imparare a camminare da solo, i ricercatori della University of Southern California si sono ispirati alla natura: ad esempio, i cuccioli di alcuni mammiferi possono alzarsi in piedi entro i primi minuti dalla nascita. La gamba robotica è dotata di "tendini" che imitano i tendini degli animali, il che la aiuta ad adattarsi all'ambiente. E anche se inciampa, può riprendersi rapidamente per il passo successivo. Per la prima volta, al robot è stato permesso di comprendere l'ambiente nel processo di gioco libero, quindi durante l'allenamento può persino scegliere il suo "modo" di camminare.

A differenza della maggior parte dei robot moderni, i loro robot imparano facendo e senza simulazioni al computer precedenti o parallele per l'apprendimento. Hanno aggiunto che questo è particolarmente importante perché i programmatori possono prevedere e codificare più scenari, ma non possono prevedere tutti i possibili scenari, quindi i robot preprogrammati sono inevitabilmente soggetti a guasti.

L'ambito di tali robot ad autoapprendimento è vario. Saranno particolarmente utili per la realizzazione di protesi che possono essere sensibili alle esigenze dell'utilizzatore. Inoltre, potranno essere utilizzati in operazioni di soccorso o in esplorazioni spaziali: potranno adattarsi velocemente ad un ambiente mutato o diverso, che non è affatto come quello terrestre.

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