La macchina in questa foto è l'apparato sperimentale con cui lavoro ogni giorno, nel Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare di Firenze. Tra molti dispositivi complessi, c'è una camera a vuoto contenente una trappola ionica che confina ioni di bario, e una seconda camera con una trappola magneto-ottica per la produzione di nubi fredde di litio.
Il nostro è il primo esperimento di intrappolamento di ioni in Italia. Circa due anni fa siamo riusciti a intrappolare i primi ioni di bario e abbiamo iniziato la sperimentazione. Ora abbiamo un nuovo sistema nuovo che ci permette di disporre gli ioni in cristalli bidimensionali e di studiarne la struttura.
Gli ioni sono atomi o molecole che portano una carica elettrica perché hanno perso o guadagnato un elettrone. Il nostro obiettivo è combinare questi ioni con atomi neutri. Atomi e ioni hanno interazioni su distanze maggiori di quelle tra atomi, e l'idea è di usare gli ioni come impurità in un sistema di atomi. Ci sono molti fenomeni che possono essere simulati con un sistema di questo tipo, ma lo studio di queste interazioni e soprattutto la loro applicazione alla simulazione quantistica (cioè l'uso di un sistema quantistico controllato per simulare grandi sistemi quantistici come le molecole complesse) sono ancora agli inizi.
Questi esperimenti rimangono molto sorprendenti per me. È incredibile poter sospendere singoli atomi nel vuoto e studiarli. Per i pionieri della fisica quantistica, questo era solo un Gedankenexperiment, un esperimento mentale, mentre oggi possiamo farlo davvero. È come se oggi disponessimo di un telescopio ottico che ci permette di osservare direttamente la superficie di esopianeti distanti 20 anni luce: non è tecnicamente impossibile, ma sarebbe incredibile.
Sono particolarmente orgoglioso di aver portato la fisica degli ioni intrappolati in Italia, da cui era completamente assente. Sono nato e cresciuto in Sardegna, poi ho frequentato l'università e ho iniziato a fare ricerca a Roma, sull'informazione quantistica codificata con singoli fotoni. Ho fatto il dottorato a Pisa lavorando sui condensati di Bose-Einstein, poi mi sono trasferito a Cambridge, nel Regno Unito, dove ho lavorato al primo esperimento che ha messo insieme ioni intrappolati e un condensato di Bose-Einstein. Sono tornato in Italia presso il Consiglio Nazionale delle Ricerche e nel 2015 ho avuto la fortuna di vincere sia uno Starting Grant dell'ERC sia un analogo finanziamento italiano, chiamato SIR (Scientific Independence for Young Researchers).
Abbiamo costruito il nostro esperimento grazie a questi fondi e siamo riusciti a fare tutto in Italia, il che ha rappresentato una sfida. Ad esempio, è stato molto difficile trovare qualcuno che potesse costruirci gli elettrodi per la trappola ionica. Alla fine abbiamo trovato un'azienda di Imola che lavora con la Ferrari per i componenti delle auto di F1. Ci hanno aiutato a costruire questi dispositivi molto piccoli e complessi, che richiedono un'intera catena di produzione dedicata. Abbiamo anche brevettato un progetto innovativo di laser, che a sua volta ha fruttato un ERC Proof of Concept e altri fondi.
Il mio gruppo di ricerca è piccolo ma in crescita, e puntiamo a ingrandirci. Una cosa che avevo sottovalutato quando ho iniziato a fare ricerca è quanto sia emotivamente complesso avere studenti che contano su di te. Si tratta di giovani ricercatori di grande talento che dedicano il loro tempo, la cosa più preziosa al mondo, a inseguire le idee che tu proponi loro. È una responsabilità che sento molto forte. Aver ottenuto finora risultati così buoni è per me un risultato che riguarda tutto il gruppo.
