La geometria quantistica fornisce limiti teorici sulle proprietà misurabili dei solidi

Due fisici del RIKEN hanno stabilito nuovi limiti teorici per grandezze misurabili sperimentalmente, osservando i solidi attraverso la lente della geometria quantistica. I loro risultati gettano nuova luce sia sulla fisica dei solidi che sulla meccanica quantistica.

L’approccio usuale allo studio di un solido in fisica consiste nel considerare tutte le interazioni che agiscono tra i suoi atomi o molecole e quindi utilizzare le leggi della meccanica quantistica per determinarne le proprietà. Ma una nuova metodologia prevede di considerare la ” geometria quantistica ” di un solido. Essa implica lo studio delle strutture geometriche che emergono non nello spazio fisico, ma nello spazio degli stati quantistici.

Uno dei concetti chiave di questo approccio è il tensore geometrico quantistico, una matrice che contiene informazioni sulle distanze e le curvature degli stati quantistici.

I fisici sono sempre desiderosi di stabilire dei limiti per le grandezze, poiché questi forniscono informazioni fondamentali sui sistemi e sulla fisica che li governa. Ad esempio, uno dei risultati più importanti della fisica quantistica è il principio di indeterminazione di Heisenberg, che pone dei limiti alla precisione con cui è possibile determinare simultaneamente la posizione e la quantità di moto di un oggetto quantistico.

Ora, considerando il tensore geometrico quantistico, Koki Shinada e Naoto Nagaosa, entrambi del RIKEN Center for Emergent Matter Science, hanno ricavato dei vincoli per tre parametri dei solidi misurabili sperimentalmente.

Hanno inoltre dimostrato come i limiti siano analoghi al principio di indeterminazione di Heisenberg. Da ciò consegue che i limiti da loro trovati derivano da effetti quantistici e quindi non si applicano ai sistemi classici.

Questo lavoro, pubblicato su Physical Review B , contribuisce ad ampliare le conoscenze sia sulla fisica dei solidi che sulla meccanica quantistica. “Stabilire dei limiti per le osservabili fisiche è importante per approfondire la nostra comprensione fondamentale della fisica dei solidi”, afferma Shinada. “Poiché questi limiti sono strettamente correlati al principio di indeterminazione, hanno anche il potenziale per far luce sugli aspetti fondamentali della meccanica quantistica stessa.”

Shinada ritiene che questa sia una strada promettente per la ricerca futura. “Credo che osservare la fisica dei solidi attraverso la lente della geometria quantistica sarà un’importante direzione per il futuro”, afferma. “Un grande vantaggio di questo approccio è che permette di stabilire dei vincoli tra diverse grandezze fisiche osservabili.”

Shinada sospetta che, oltre al tensore geometrico quantistico, altre grandezze potrebbero essere utilizzate in modo simile. “Il tensore geometrico quantistico è solo un esempio di tale grandezza; mi aspetto che molte altre correlazioni tra osservabili possano essere scoperte attraverso vincoli geometrici”, afferma. “In definitiva, questo approccio dovrebbe approfondire la nostra comprensione fondamentale della fisica dei solidi.”

by