Termodinamica: la misurazione di sistema si può realizzare attraverso misure locali

fig_antonella-de-pasqualeNelle misurazioni della termodinamica, è possibile stimare la temperatura di un sistema mediante misure locali. Lo stabilisce uno studio di Antonella De Pasquale, Davide Rossini, Rosario Fazio e Vittorio Giovannetti pubblicato su Nature Communications.

Secondo gli autori (ricercatori e professori alla Scuola Normale Superiore), contrariamente a quanto si pensava, anche a livello microscopico locale la capacità termica può dare indicazioni circa la massima precisione con la quale è possibile determinare la temperatura di un sistema. Ciò generalizza l’approccio adottato dalla termodinamica, in cui si considerano misure che coinvolgono l’intero sistema.

Ciò è possibile grazie a un nuovo approccio basato sulla metrologia quantistica. Nello specifico gli autori introducono una sorta di capacità termica mesoscopica che quantifica in modo rigoroso la massima accuratezza con la quale è possibile stimare la temperatura di un sistema mediante misure locali.

I risultati di tale ricerca potrebbero trovare applicazione nello studio delle macchine termiche per cui è richiesto un alto livello di controllabilità della temperatura, o in altri contesti legati per esempio alla biologia ed alla medicina.

La termodinamica nasce a ridosso della rivoluzione industriale, come teoria fenomenologica, atta a dare una risposta alle necessità di controllo e di innovazione delle macchine a vapore. I recenti sviluppi offerti dalle nanotecnologie, richiedono un controllo del sistema su scale di lunghezza dove gli effetti quantistici sono determinanti. In tale contesto, la misura della temperatura gioca un ruolo fondamentale.

La fisica moderna si occupa di questi problemi nell’ambito della meccanica statistica, la quale studia il comportamento medio del sistema, trascurando i dettagli microscopici. Tale descrizione dei sistemi fisici non risulta però applicabile se la nostra capacità di osservazione del sistema viene limitata a misure locali. Lo studio condotto dai ricercatori della Scuola Normale apre una nuova prospettiva in questa direzione.

Pisa, 29 settembre 2016