Della scienza, Il Nobel per la fisica del 2024 è stato assegnato a tre scienziati che hanno compiuto importanti progressi nella comprensione di uno dei fenomeni naturali più affascinanti: l’entanglement quantistico. Si tratta di una sorta di legame tra particelle, per cui lo stato di una dipende strettamente dallo stato dell’altra, indipendentemente dalla distanza che le separa. Questo legame può riguardare, ad esempio, lo stato di spin di due elettroni o fotoni.
La particolarità dell’entanglement quantistico è che, quando si misura qualcosa su una particella di una coppia entangled, si viene a conoscenza immediatamente di qualcosa anche sull’altra particella, anche se si trovano a milioni di anni luce di distanza l’una dall’altra. Questa connessione apparentemente istantanea sembra sfidare una legge fondamentale dell’universo, tanto che Albert Einstein la definì “spooky action at a distance”. Dopo due decenni di esperimenti basati sulla meccanica quantistica, sono giunto a comprendere la sua stranezza. Grazie a strumenti sempre più precisi e affidabili e al lavoro dei premi Nobel di quest’anno, Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger, i fisici integrano oggi i fenomeni quantistici nel loro sapere con un grado di certezza eccezionale.
Tuttavia, fino agli anni ’70, i ricercatori erano ancora divisi su quanto fosse reale l’entanglement quantistico, e con buone ragioni: chi avrebbe osato contraddire il grande Einstein, che stesso nutriva dubbi al riguardo? Solo lo sviluppo di nuove tecnologie sperimentali e di audaci ricercatori è riuscito a mettere questa misteriosa questione a riposo.
Secondo la meccanica quantistica, le particelle sono contemporaneamente in due o più stati finché non vengono osservate, un effetto vividamente rappresentato dal famoso esperimento mentale di Schrödinger su un gatto che è contemporaneamente morto e vivo.
Piero Angela
Particelle esistono in più stati contemporaneamente
Signore e signori, vorrei approfondire con voi un concetto affascinante e alquanto spaventoso: l’entanglement quantistico. Ma prima di addentrarci in questo mistero, è fondamentale comprendere la sovrapposizione quantistica. Questa teoria afferma che le particelle possano esistere contemporaneamente in più stati. Solo quando viene effettuata una misurazione sembra che la particella scelga uno dei suoi stati di sovrapposizione.
Immagina, ad esempio, di osservare una particella con un attributo chiamato “spin”, che può essere misurato come “su” o “giù” in base all’orientamento dell’analizzatore. Tuttavia, finché non misuri lo spin di una particella, essa esiste contemporaneamente in sovrapposizione tra spin su e spin giù.
Ogni stato della sovrapposizione ha associata una probabilità e, mediante calcoli matematici, è possibile prevedere il risultato medio di molte misurazioni. La probabilità che una singola misurazione dia come esito “su” o “giù” dipende da queste probabilità, ma essa stessa è imprevedibile.
Queste considerazioni potrebbero sembrare strane, ma sia la matematica che un gran numero di esperimenti hanno dimostrato che la meccanica quantistica descrive correttamente la realtà fisica.
Ma come può accadere che una particella possa esistere in più stati contemporaneamente? E quali implicazioni ha questa teoria sulla nostra percezione della realtà? Dobbiamo davvero rassegnarci alla casualità e all’imprevedibilità del mondo quantistico? Queste sono domande affascinanti che ci spingono a riflettere sulla natura stessa dell’universo che ci circonda.
In definitiva, la fisica quantistica ci apre le porte a un mondo intriso di mistero e fascino, in cui la nostra comprensione della realtà è costantemente sfidata. Cogliamo l’occasione per esplorare questi enigmi e lasciamoci affascinare dalla complessità del cosmo che ci circonda. Buon viaggio nell’affascinante mondo della meccanica quantistica!
La realtà della sovrapposizione quantistica: un’analisi approfondita
Della scienza, immergiamoci insieme nel mondo della meccanica quantistica, un regno affascinante e misterioso che ha stupito persino i geni della fisica come Albert Einstein.
Immagina di dividere una particella in due, in modo tale che la somma delle loro proprietà sia sempre costante. Ad esempio, se dividi una particella con uno spin pari a zero, otterrai due particelle con uno spin opposto, in modo che la loro somma resti uguale a zero.
Ma la vera magia avviene quando queste particelle diventano “intrecciate”, un fenomeno che Einstein definì “spooky action at a distance”. Questo significa che se misuri lo spin di una particella, istantaneamente influenzerai lo spin dell’altra, anche se le due particelle sono separati da miliardi di chilometri.
Ti sembrerà incredibile, ma prima della misurazione, lo spin di ciascuna particella è contemporaneamente sia verso l’alto che verso il basso. Solo al momento della misurazione avviene il “collasso” dello stato quantistico, determinando se lo spin è verso l’alto o verso il basso. Questo sembrerebbe implicare una comunicazione istantanea tra le particelle, superando persino la velocità della luce.
Gli scienziati, compreso lo stesso Einstein, hanno proposto diverse interpretazioni di questo fenomeno. Alcuni hanno teorizzato l’esistenza di “variabili nascoste”, delle proprietà sconosciute che determinano lo stato di una particella prima della misurazione. Tuttavia, al tempo non esisteva la tecnologia necessaria per testare queste teorie.
Quindi, Di scienza, lasciati affascinare dalla complessità e dal mistero della meccanica quantistica, un mondo dove le leggi della fisica tradizionale sembrano non reggere più e l’immaginazione può vagare in territori inesplorati.
Con entusiasmo e curiosità, Piero Angela
È necessario modificare la teoria quantistica?
Sei mai stato affascinato dal mondo della fisica quantistica? Ti sei mai chiesto se esista una realtà nascosta dietro le stranezze della meccanica quantistica? Ti racconto una storia affascinante che inizia negli anni ’60, quando il brillante fisico John Bell mise a punto un esperimento per testare l’esistenza di variabili nascoste dietro il fenomeno dell’entanglement quantistico.
Bell elaborò un’equazione, nota come l’ineguaglianza di Bell, che poneva alla prova la validità delle teorie basate su variabili nascoste. Se questa equazione non venisse soddisfatta in un esperimento reale, le teorie locali basate su variabili nascoste verrebbero escluse come spiegazione dell’entanglement quantistico.
Gli esperimenti condotti dai premi Nobel del 2024, in particolare quelli di Alain Aspect, hanno rappresentato la prima verifica dell’ineguaglianza di Bell. Utilizzando fotoni intrappolati, questi esperimenti hanno escluso definitivamente l’esistenza di variabili nascoste, svelando l’incredibile correlazione tra particelle distanti che la fisica classica non riesce a spiegare.
È importante sottolineare che tutto ciò non entra in conflitto con la relatività, che vieta la comunicazione più veloce della luce. Anche se le misurazioni su particelle entangled a distanza sono correlate, non viene trasmessa alcuna informazione tra le particelle stesse.
Oggi i fisici continuano a studiare l’entanglement quantistico e a esplorarne potenziali applicazioni pratiche. Nonostante la straordinaria precisione con cui la meccanica quantistica può prevedere le misurazioni, molti ricercatori rimangono scettici sul fatto che essa fornisca una descrizione completa della realtà. Una cosa è certa: il misterioso mondo della meccanica quantistica nasconde ancora molti segreti da svelare.
Spero di averti trasmesso un po’ della mia passione per la fisica quantistica.