Un team internazionale di ricercatori coordinato dal Prof. Luigi Amico (DFA UniCT, INFN Sez. Catania, e TII, Abu Dhabi) ha messo a punto un nuovo metodo per creare e controllare vortici quantistici tridimensionali ‘on demand’, segnando un significativo passo avanti nella fisica dei fluidi quantistici e nell'atomtronica. Pubblicato sui Proceedings of the National Academy of Sciences[ (PNAS)|https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2535111123], lo studio apre nuove prospettive sia per la scienza fondamentale che per le applicazioni nel campo delle tecnologie quantistiche.
I moti vorticosi caratterizzano numerosi fenomeni osservabili nella vita quotidiana, dai vortici nei fluidi ordinari, come l’acqua, alle circolazioni atmosferiche. La loro dinamica influenza processi fondamentali quali la turbolenza, la resistenza aerodinamica, fino a importanti processi industriali.
Nel mondo quantistico, la circolazione della materia attorno al core del vortice può assumere soltanto valori discreti (quantizzati). I vortici quantistici compaiono nei superfluidi neutri, nei superconduttori e persino nelle stelle di neutroni, e rappresentano una delle sfide più affascinanti della fisica moderna.
Il team ha dimostrato che la loro dinamica può essere studiata con grande controllo utilizzando un superfluido di atomi ultrafreddi. Il dispositivo consente di programmare in modo deterministico la generazione di vortici quantistici tridimensionali, aprendo nuove possibilità sperimentali.
Il risultato prosegue i lavori pubblicati dal team su Science nel 2025, dedicati alla prima osservazione degli “Shapiro steps” in una giunzione Josephson atomica, analogo ultrafreddo delle giunzioni superconduttive impiegate nella metrologia e nelle tecnologie quantistiche.
Commenta il Prof. Luigi Amico che è anche membro della Iniziativa specifica INFN “Quantum’. «Il nostro lavoro offre un nuovo angolo che per la simulazione quantistica della dinamica dei vortici - un problema, che nonostante la sua rilevanza, presenta molti aspetti ancora incompresi. Le giunzioni Josephson atomiche possono fare molto più che trasportare atomi: permettono di ingegnerizzare su richiesta stati quantistici topologici»,
In un settore in rapida crescita come l’atomtronica, lo studio potrebbe offrire una efficace chiave di accesso a nuovi sensori quantistici, offrendo anche una piattaforma ideale per studiare la turbolenza e la dinamica non lineare quantistiche, in condizioni controllate, e con livelli di precisione difficilmente accessibili in altri sistemi fisici.
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