Con - Scientia. Il pazzo mondo della meccanica quantistica

Nuovi esperimenti confermano teorie quantistiche decisamente fuori dal comune

La meccanica quantistica è una branca della fisica che affascina anche i non addetti ai lavori, soprattutto perché non di rado porta a risultati diametralmente opposti a quelli che la ragione ci suggerirebbe.

Nell’ultima settimana, questa teoria è tornata a far parlare di sé grazie a due esperimenti distinti che hanno permesso di verificare un paio di ipotesi che, a ben vedere, hanno davvero dell’incredibile.

Gli esperimenti in questione, uno condotto negli Stati Uniti e l’altro nei Paesi Bassi, hanno verificato rispettivamente l’effetto Zenone e l’assenza di realismo locale: nomi che probabilmente non dicono nulla alla gran parte di noi, ma che parlano di due fenomeni possibili solo nel mondo dell’infinitamente piccolo descritto meccanica quantistica.

Il primo è legato al principio di indeterminazione di Heisenberg, secondo il quale le conoscenze di posizione e velocità di una particella sono legate tra loro: in particolare maggiore è l’accuratezza con la quale ne conosciamo la posizione, minore sarà quella sulla velocità e viceversa. E l’effetto Zenone in particolare fa sì che, conoscendo la velocità esatta di una particella, andandone a misurare il suo stato saremmo in grado di conoscerne anche la sua posizione.

Nell’Ultracold Lab della Cornell University, USA, hanno iniziato a lavorare con un gas di rubidio a temperature estremamente basse (0,000000001 gradi sopra lo zero assoluto), bloccato in una posizione determinata grazie a due fasci laser. In questo modo la velocità delle particelle che compongono il gas è praticamente nulla, per il doppio effetto della bassa temperatura e dei laser.

Utilizzando un strumento di costruzione propria, i ricercatori del laboratorio statunitense sono riusciti ad osservare singolarmente i vari atomi, grazie ad un laser che li rende fluorescenti. I risultati dell’esperimento hanno dimostrato che utilizzando un luminosità del laser bassa, ad ogni osservazione, gli atomi del gas si trovavano in posizione differente (conoscendo la velocità a tale livello di accuratezza la posizione è praticamente indeterminata); al contrario, una volta superata una soglia per il laser, rendendo continua l’osservazione, la fluttuazione in posizione degli atomi (“tunnelling”) andava totalmente scomparendo, riuscendo così ad ottenere un gas in uno stato totalmente determinato.

Nel caso dell’esperimento svolto in Olanda sono stati invece utilizzati due elettroni “entangled”, ovvero capaci di sincronizzare istantaneamente il loro stato. L’effetto di entanglement potrebbe rompere il “realismo locale”, quel fenomeno secondo il quale c’è bisogno di una catena causale di eventi per ottenere un nesso causa-effetto (in parole povere, un vetro non si rompe se prima non gli dai un colpo).

Finora gli esperimenti erano stati condotti solo su distanze brevi, ragion per cui la teoria riusciva a reggere l’impatto. Questa volta, invece, i due elettroni sono stati posti a più di un chilometro di distanza e l’entanglement non era direttamente tra di essi, bensì ogni elettrone era entangled ad un fotone (con i due fotoni posti a distanza intermedia). La misura di 245 eventi nei quali lo stato di un fotone veniva cambiato, modificando di conseguenza lo stato di entrambi gli elettroni coinvolti, ha permesso davvero di verificare la teoria nella quale John Stewart Bell ipotizzava la rottura del realismo locale grazie alla meccanica quantistica.

Ancora una volta, dunque, la meccanica quantistica riesce a sorprenderci con fenomeni che sono totalmente fuori da ogni nostra esperienza diretta. Fenomeni che dobbiamo però accettare, visto che ci sono esperimenti ben condotti che li verificano e che negli anni vengono sempre più utilizzati nella vita comune (l’entanglement è attualmente studiato per la sua importanza sul “teletrasporto”).

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