• 10 Aprile 2021 23:47

SCIENZA & DINTORNI

Blog di divulgazione storica e scientifica

La cosiddetta interpretazione della Scuola di Copenaghen rappresenta “l’ortodossia” della meccanica quantistica. Semplificando al massimo la teoria dei quanti deve limitarsi a fornire previsioni verificabili, abbandonando la ricerca infruttuosa ed inutile del perché funzioni in un certo modo.

Zitto e calcola

Una battuta caustica del fisico statunitense David Marmin la condensa nel folgorante imperativo “Zitto e calcola!“. Molti fisici però non sono più disposti a “calcolare” senza porsi domande e si adoperano per cercare risposte sul perché di talune proprietà e comportamenti dei quanti.

La meccanica quantistica funziona benissimo e riesce a spiegare il funzionamento di atomi, quark, molecole e sistemi più complessi. I problemi sorgono dal fatto che la teoria implica che i sistemi fisici descritti dalla “funzione d’onda“, abbiano natura ondulatoria e rispettino il principio di sovrapposizione, tipico delle onde. Questo principio è alla base, fra l’altro, del celeberrimo paradosso del gatto di Schrödinger, dove la bestiola chiusa in una scatola è, contemporaneamente, nella combinazione degli stati vivo e morto.

La sovrapposizione quantistica

Soltanto attraverso una misurazione si può stabilire in che stato effettivo sia un sistema e nel caso specifico se il gatto, sia vivo o morto. Secondo la scuola di Copenaghen l’unica domanda lecita, per rispondere al paradosso di Schrödinger é la seguente: “In che stato si troverà il gatto dopo l’apertura della scatola“?

Molti fisici trovano limitante questo modo di porsi davanti ai misteri della meccanica quantistica. Il loro obbiettivo è indagare quale è il vero significato della sovrapposizione quantistica, per capire meglio la vera natura della realtà. Uno dei modelli allo studio è quella del collasso spontaneo della funzione d’onda che individua un causa specifica in grado di spiegare cosa accade ad un sistema prima della misurazione.

La teoria Penrose

Uno studio citato da Science come la seconda notizia scientifica più rilevante del 2020 ha testato un modello proposto dal neo Premio Nobel Roger Penrose che individua la forza di gravità come responsabile del collasso della funzione d’onda. La gravità non “tollererebbe” la sovrapposizione quantistica, facendo per l’appunto collassare il sistema.

Secondo il modello ipotizzato da Penrose questo effetto è tanto più piccolo quanto è piccolo il sistema. Questo spiegherebbe perché la sovrapposizione quantistica è molto più forte nei sistemi microscopici. Nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, sotto il coordinamento della fisica sperimentale Catalina Curceanu, è stato testato un esperimento in grado di misurare in modo indiretto eventuali segnali elettromagnetici provenienti dal collasso del sistema.

Non di solo Copenaghen vive il fisico

L’esperimento ha dato esito negativo smentendo, almeno nella sua formulazione più semplice, l’ipotesi di Penrose. Esistono tuttavia altre possibili interpretazioni della meccanica quantistica oltre l’ortodossia della scuola di Copenaghen. Una è quella dei “molti universi” uno per ogni esito possibile del processo di misurazione. Un’altra interpretazione è quella della meccanica bohmiana formulata da David Bohm nel 1952. Essa riprende l’idea dell’onda pilota di Louis de Broglie del 1927 e per questo viene utilizzato anche il termine teoria di De Broglie-Bohm.

Nessuna delle due però è del tutto convincente. La prima perché la maggior parte di questi ipotetici universi avrebbe caratteristiche fisiche del tutto improbabili, la seconda perché al momento non è indagabile sperimentalmente. I limiti della sperimentazione per molto tempo hanno frenato i fisici nell’affrontare i misteri che ancora avvolgono la meccanica quantistica ed a dirimere l’eterno conflitto sulla sua reale natura.

La collaborazione internazionale TEQ

Adesso grazie ad un maggior sviluppo tecnologico ed all’attenzione di illustri fisici come Penrose o Weinberg agguerrite pattuglie di ricercatori sono alla ricerca di una nuova comprensione della teoria dei quanti che vada oltre lo “Zitto e calcola!” di cui accennavamo in apertura di questo articolo.

Una delle più importanti collaborazioni internazionali di ricerca in questo campo è rappresentata da TEQ (Testing the large scale limit of Quantum Mechanics). TEQ che si avvale del sostegno del programma quadro di ricerca EC Horizon2020, mette insieme otto gruppi di ricerca europei e la società MSquared per studiare gli effetti quantistici su larga scala.

Il team farà levitare una piccola sfera all’interno di un ambiente ben controllato, a bassa temperatura e basse vibrazioni, per realizzare un test indiretto del principio di sovrapposizione. Si analizzerà accuratamente il rumore che influenza il moto del centro di massa della particella intrappolata. Una volta misurato, il rumore sarà confrontato con le predizioni teoriche derivanti da diversi modelli – alcuni dei quali assumono una violazione della meccanica quantistica standard (anche del principio di sovrapposizione).

L’ambizione del progetto è quella di stabilire i limiti ultimi della validità della teoria quantistica, nel caso esistano.

Per saperne di più su Scienze & Dintorni

Come la sovrapposizione degli stati quantistici influenza il tempo

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Fonti:

Le Scienze, aprile 2021

Natale Seremia

Appassionato da sempre di storia e scienza. Divoratore seriale di libri. Blogger di divulgazione scientifica e storica per diletto. Diversamente giovane. Detesto complottisti e fomentatori di fake news e come diceva il buon Albert: "Solo due cose sono infinite: l’universo e la stupidità umana, riguardo l’universo ho ancora dei dubbi."

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