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Gocce di meccanica quantistica

03.01.2018

Un team di fisici dell'Istituto di scienze fotoniche (ICFO), Barcellona, Spagna, ha creato goccioline liquide che sono 100 milioni di volte più piccole delle normali goccioline d'acqua e che obbediscono alle leggi della strana meccanica quantistica. Le goccioline sono state create sui nodi di una trappola a reticolo ottico di raggi laser e, anche su scala così microscopica, hanno mostrato tutte le proprietà di base delle goccioline liquide, mantenendo la loro forma e volume indipendentemente dalla temperatura. Tuttavia, le goccioline di questo liquido quantistico erano molto più dense di qualsiasi altra gocciolina liquida che esiste in condizioni normali.

Per creare goccioline di liquido quantistico, gli scienziati spagnoli hanno raffreddato un gas costituito da atomi di potassio a una temperatura di -273,15 gradi Celsius. A questa temperatura, gli atomi formano un condensato di Bose-Einstein, uno stato della materia in cui tutti i suoi atomi sono sincronizzati tra loro a livello quantistico, per cui l'intero condensato si comporta come un grande atomo, soggetto solo alle leggi della fisica quantistica.

Quando i ricercatori hanno combinato due condensati indipendenti, hanno formato goccioline di un liquido quantistico. Gli scienziati sono riusciti a fare qualcosa di simile prima, la sostanza di queste goccioline era collegata dalle forze delle interazioni elettromagnetiche tra le molecole. Al contrario, le goccioline ottenute dagli scienziati spagnoli hanno mantenuto la loro forma a causa del fenomeno delle "fluttuazioni quantistiche".

Le fluttuazioni quantistiche sono una conseguenza del principio di indeterminazione di Heisenberg, secondo il quale le particelle quantistiche non hanno parametri rigorosamente definiti. I loro parametri come il livello di energia, la posizione e l'orientamento nello spazio possono essere descritti solo in termini di probabilità. E se prendiamo queste probabilità della posizione attuale delle particelle quantistiche, delle velocità e delle direzioni del loro movimento, possiamo calcolare l'entità delle loro interazioni, che si manifesta sotto forma di pressione. Ma la cosa più interessante è che se aggiungiamo la forza e il vettore della pressione di tutte le particelle quantistiche, allora verrà rivelato un fatto insolito, le particelle si attraggono in misura maggiore di quanto non si respingono. Ed è proprio a causa di questa attrazione che si legano in goccioline di un liquido quantistico in grado di mantenere la loro forma.

Le misurazioni effettuate dagli scienziati hanno dimostrato che le goccioline di un liquido quantistico di atomi di potassio sono liquide in misura maggiore rispetto alle goccioline di un normale liquido superfluido, ad esempio l'elio liquido. In termini di indice di flusso e altri parametri di base inerenti ai liquidi, un liquido quantistico supera qualsiasi liquido superfluido da due a otto ordini di grandezza, il che apre ampie opportunità ai fisici di condurre esperimenti utilizzando un liquido quantistico.

Tuttavia, le goccioline di liquido quantistico hanno alcuni limiti che ne limitano le applicazioni. Ad esempio, se il numero di atomi in una gocciolina supera un certo valore, la gocciolina collassa e il liquido quantistico si trasforma in un gas, che tende a riempire tutto lo spazio disponibile, come qualsiasi altra sostanza gassosa.

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Controllare gli oggetti utilizzando le correnti d'aria 04.05.2024

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I cani di razza si ammalano non più spesso dei cani di razza 03.05.2024

Prendersi cura della salute dei nostri animali domestici è un aspetto importante della vita di ogni proprietario di cane. Tuttavia, si ritiene comunemente che i cani di razza siano più suscettibili alle malattie rispetto ai cani misti. Una nuova ricerca condotta da ricercatori della Texas School of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences offre una nuova prospettiva a questa domanda. Uno studio condotto dal Dog Aging Project (DAP) su oltre 27 cani da compagnia ha rilevato che i cani di razza e quelli misti avevano generalmente la stessa probabilità di contrarre varie malattie. Sebbene alcune razze possano essere più suscettibili a determinate malattie, il tasso di diagnosi complessivo è praticamente lo stesso tra i due gruppi. Il veterinario capo del Dog Aging Project, il dottor Keith Creevy, osserva che esistono diverse malattie ben note che sono più comuni in alcune razze di cani, il che supporta l'idea che i cani di razza sono più suscettibili alle malattie. ... >>

Circuiti stampati riciclabili 03.05.2024

L’elettronica gioca un ruolo chiave nel mondo di oggi, ma il conseguente aumento dei rifiuti elettronici sta mettendo a rischio l’ambiente. In risposta a questo problema, i ricercatori dell’Università di Washington hanno sviluppato una tecnologia innovativa che potrebbe cambiare la saggezza convenzionale sul riciclaggio dei circuiti stampati. Un team guidato da scienziati dell’Università di Washington ha creato un circuito stampato in vitrimero che ha la capacità unica di essere riciclato più volte. Utilizzando polimeri avanzati rispettosi dell'ambiente, i ricercatori hanno sviluppato un materiale che può essere trasformato in una sostanza gelatinosa utilizzando uno speciale solvente. Ciò apre la strada al riutilizzo e al riciclo dei PCB senza una significativa perdita di qualità. I circuiti stampati Vitrimer (vPCB) rappresentano progressi significativi nella sostenibilità ambientale. A differenza della plastica convenzionale, che è soggetta a deterioramento durante il riciclaggio ripetuto, il vitrimero gelatinoso conserva la sua natura ... >>

Macchina per diradare i fiori nei giardini 02.05.2024

Nell'agricoltura moderna si sta sviluppando il progresso tecnologico volto ad aumentare l'efficienza dei processi di cura delle piante. Presentata in Italia l'innovativa macchina per il diradamento dei fiori Florix, progettata per ottimizzare la fase di raccolta. Questo attrezzo è dotato di bracci mobili, che permettono di adattarlo facilmente alle esigenze del giardino. L'operatore può regolare la velocità dei fili sottili controllandoli dalla cabina del trattore tramite joystick. Questo approccio aumenta significativamente l'efficienza del processo di diradamento dei fiori, offrendo la possibilità di adattamento individuale alle condizioni specifiche del giardino, nonché alla varietà e al tipo di frutto in esso coltivato. Dopo due anni di test della macchina Florix su diverse tipologie di frutta, i risultati sono stati molto incoraggianti. Agricoltori come Filiberto Montanari, che utilizza una macchina Florix da diversi anni, hanno riscontrato una significativa riduzione del tempo e della manodopera necessari per diluire i fiori. ... >>

Notizie casuali dall'Archivio

I neuroni valutano i benefici di un'abitudine 03.09.2015

Un'abitudine è una forma di comportamento profondamente radicata che funziona indipendentemente dalla nostra coscienza: senza esitazione, al mattino troviamo la strada per la cucina e automaticamente entriamo nel mezzo di trasporto o saliamo in macchina. Si ritiene che le azioni abituali aiutino a scaricare il cervello dalla routine, permettendogli di fare qualcosa di più importante - più precisamente, non l'intero cervello, ma la corteccia prefrontale, il nostro principale centro analitico responsabile delle funzioni cognitive superiori. L'abito stesso va in strutture sottocorticali chiamate gangli della base. (Nota che ora stiamo parlando di rituali comportamentali innocui e non di dipendenze da alcol, nicotina, ecc.)

Il gruppo di Ann Graybiel al Massachusetts Institute of Technology ha studiato per anni i meccanismi neurali dell'abitudine. Tempo fa hanno potuto dimostrare che lo schema delle azioni di routine è immagazzinato non solo nelle regioni sottocorticali, ma anche nella corteccia prefrontale, ed è proprio grazie alla corteccia che i rituali comportamentali possono essere ripristinati, anche quando sembra che sono già stati completamente dimenticati. Quanto al loro aspetto, qui è stato possibile scoprire che gli automatismi nel comportamento nascono nel cosiddetto striato, o striato, che appartiene proprio ai gangli della base sottocorticali. Inoltre, questo è accompagnato da cambiamenti nei ritmi elettrici: le onde gamma che si verificano durante lo sviluppo di nuove informazioni vengono sostituite da onde beta quando il materiale è consolidato.

Esperimenti con le scimmie hanno dimostrato che circa 1 neuroni striatali sono attivamente coinvolti nella formazione dell'abitudine. Gli animali vedevano uno schema di punti sullo schermo e, se c'era un punto speciale evidenziato, ricevevano una porzione di delizioso succo. Quando l'occhio si è imbattuto nel punto stesso (programmato per caso), il suo colore è cambiato: ciò significava che presto sarebbe apparso il piacere. Nel tempo, gli occhi degli animali hanno iniziato a ripetere il solito percorso: le scimmie, per abitudine, hanno eseguito un'azione appresa nella speranza che un segno di dolcetto apparisse di nuovo lì.

Osservando contemporaneamente l'attività delle cellule nervose, i ricercatori hanno scoperto che la formazione di comportamenti di routine è accompagnata da segnali neurali caratteristici, come se indicasse l'inizio e la fine del programma registrato. Erano particolarmente interessati al secondo, ultimo segnale. In un primo momento, è apparso in diversi periodi di tempo, ma poi si è concentrato nell'intervallo di 400 millisecondi che separava lo sguardo al punto "ricompensa" dalla ricompensa stessa. Con il progressivo consolidamento dell'abitudine, cioè ad ogni azione ripetuta, l'attività delle cellule nervose nella finestra temporale diventava sempre più forte.

Tale correlazione ha suggerito che l'attività neurale finale serve a rafforzare l'azione ripetitiva, che qui avviene l'analisi finale se valga la pena assimilare o meno un nuovo rituale comportamentale. In effetti, si è scoperto che la progettazione del segnale finale dipendeva da condizioni quali il tempo trascorso sui punti di osservazione e la qualità della ricompensa. Ad esempio, meno tempo è stato necessario per scansionare lo schermo con il modello con gli occhi, più chiaro è stato formato il segnale finale e più forte è stato. Inoltre, alcuni neuroni hanno risposto solo al tempo trascorso alla ricerca del punto desiderato, altri solo alla ricompensa e altri ancora hanno tenuto conto di entrambi i parametri.

In altre parole, ogni abitudine ha un prezzo, e c'è un sistema speciale nel cervello che confronta i benefici del rafforzamento di un certo modello di comportamento con i costi che un nuovo rituale richiede. E l'abitudine si formerà nel caso in cui i benefici che ne derivano più che coprire il dispendio di tempo e fatica. Certo, il confronto non è sempre adeguato e, ovviamente, molti disturbi neuropsichiatrici, che sono caratterizzati da comportamenti ossessivi, sono associati proprio a un'errata valutazione dei pro e contro di alcuni tipi di azioni automatiche.

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