Quel diamante difettoso potrebbe essere il migliore amico di un fisico quantistico

Elisabeth Rülke sta lavorando per migliorare il rilevamento quantistico per la sua tesi di ricerca presso l'Università di Princeton

Agli acquirenti piacciono i diamanti impeccabili, ma per i fisici quantistici i difetti sono la parte migliore.

Elisabeth Rülke ha trascorso l’ultimo anno utilizzando laser e diamanti difettosi – minuscoli wafer di diamante con difetti delle dimensioni di un singolo atomo – per sviluppare un sensore quantistico.

Il wafer trasparente al centro dell'attrezzatura è una piastra diamantata, realizzata con precisione per avere un lato di 2 mm e uno spessore di 0,3 mm, con difetti di dimensioni atomiche su cui Rülke e la sua consigliera Nathalie de Leon puntano laser verdi e arancioni.

A differenza dei computer quantistici, che sono ancora più teorici che pratici, i sensori quantistici sono già in uso. Rülke e il suo consulente, la fisica quantistica Nathalie de Leon, stanno lavorando a un nuovo approccio al rilevamento quantistico che dipende dall’utilizzo simultaneo di due di questi difetti a singolo atomo.

"Poiché sono così, così piccoli, potresti iniziare a mappare e percepire le cose su una scala che non è mai stata fattibile prima", ha detto Rülke, un concentratore di fisica che sta perseguendo un certificato in matematica applicata e computazionale. "Sarebbe rivoluzionario per la chimica, la biologia e soprattutto per i dispositivi medici."

"Lavorare con studenti molto brillanti come Elisabeth è sempre semplicemente un privilegio", ha detto de Leon, professore associato di ingegneria elettrica e informatica che è docente associato nel dipartimento di fisica. "Porta una nuova prospettiva e un approccio diverso alle cose, e questo ha portato un po' più di creatività nel progetto di quanto penso sarebbe successo altrimenti. Sono fortunato ad essere a Princeton e ad avere questi studenti davvero fantastici che bussano alla mia porta. "

Rülke sapeva già prima di venire a Princeton che avrebbe voluto studiare fisica e astronomia, ma sapeva anche che voleva sfruttare appieno le arti liberali. "Ho seguito corsi di storia, filosofia, religione, imprenditoria, cinema, arte e altri, e credo che sia stata una pietra miliare della mia esperienza a Princeton. La parte meravigliosa dell'educazione alle arti liberali di Princeton è che ti permette di seguire lezioni in una serie di materie, il che significa che ciò in cui scegli di specializzarti non è l'unico obiettivo della tua istruzione, come nel caso della maggior parte delle università britanniche, e un motivo valido per cui volevo studiare negli Stati Uniti," ha detto Rülke, che era nato e cresciuto a Londra.

"Penso che ci sia una sovrapposizione nel pensiero critico e creativo utilizzato sia nei corsi di fisica e matematica di livello superiore che nelle materie umanistiche", ha aggiunto.

Quando Princeton chiuse il campus alle lezioni in presenza nel marzo del primo anno di Rülke, lei tornò a casa a Londra per le lezioni su Zoom. Quell’estate, quando le restrizioni sui viaggi si allentarono, lei e un compagno di classe di Princeton si trasferirono in un appartamento a Roma. "Ho seguito un corso di storia dell'arte quell'autunno ed è stato fantastico", ha detto Rülke. "Ricordo che un incarico ci chiedeva di andare a cercare l'arte 'ovunque tu sia.' La maggior parte dei miei compagni di classe hanno guardato una teiera di casa loro e io ho scelto una scultura del Bernini."

Dopo essere tornata al campus, ha deciso di concentrare il suo primo articolo su una questione davvero enorme: la natura dell'energia oscura nell'universo.

"Non aveva seguito un corso di relatività generale, non aveva seguito un corso di cosmologia, e non era affatto scoraggiata", ha detto Paul Steinhardt, professore di scienze Albert Einstein a Princeton e professore di fisica che era il suo consigliere su quel documento. "È stato chiaramente uno sforzo per lei, ma era semplicemente piena di energia ed entusiasmo. Mi piace davvero vedere uno studente fare stretching e imparare, e questo ha sicuramente caratterizzato Elisabeth. Si è rotta una gamba quel semestre, ma veniva comunque sempre al nostro appuntamento settimanale incontri con entusiasmo, allegria e tante interessanti domande di ricerca."

Dopo aver lavorato insieme su quell'articolo, Steinhardt è stata la seconda lettrice del secondo articolo junior di Rülke, quindi ha ripreso quel ruolo per la sua tesi senior. "Avrò letto tutte le sue tesi quando avremo finito", ha detto.