21 maggio 2018
Un minuscolo sistema può essere messo in vibrazione da un impulso laser, permettendo di studiare
principi fondamentali della meccanica quantistica come quello di sovrapposizione. In prospettiva, la
speranza è che una migliore comprensione di queste leggi porti allo sviluppo di tecnologie di nuova
generazione (red)
da lescienze.it/news
Un microscopico tamburo che può vibrare ed essere fermato grazie a una minuscola bacchetta,
costituita da un impulso laser, o anche vibrare e allo stesso tempo essere fermo, secondo le leggi
della meccanica quantistica. È il singolare sistema fisico illustrato sul New Journal of Physics
da Michael Vanner del Quantum Measurement Lab dellImperial College London e colleghi, che
rappresenta un valido modello per studiare questioni fondamentali al confine tra il mondo
microscopico, descritto dalla fisica quantistica, e il mondo macroscopico, descritto dalla fisica
classica.
Per capire meglio può essere utile richiamare alla memoria il paradosso del gatto di Schrödinger. Si
tratta di un esperimento mentale elaborato nel 1935 dal fisico austriaco Erwin Schrödinger, uno dei
padri della meccanica quantistica, per esemplificare le stranezze dellallora nascente teoria che
descrive il mondo microscopico. Protagonista del paradosso è un gatto chiuso in una scatola. Vicino
allanimale cè una piccola quantità di sostanza radioattiva che in dato intervallo di tempo può
decadere oppure no. Se decade, grazie a un marchingegno, rompe una fiala contenente cianuro che
uccide il gatto.
La vita del gatto dipende quindi da un evento intrinsecamente probabilistico. Ma come possiamo
descrivere il sistema senza vedere allinterno? Il gatto è vivo oppure morto? Secondo le leggi della
meccanica quantistica, anchesse probabilistiche, in questo sistema fisico possono esserci due stati
ben distinti il gatto vivo, il gatto morto ma è possibile anche una sovrapposizione di stati in
cui il gatto è vivo e morto allo stesso tempo, almeno fino a quando non eseguiamo una misurazione,
cioè finché non apriamo la scatola.
Il gatto di Schrödinger è utile per visualizzare le situazioni paradossali che possono emergere
dalla descrizione quantistica della realtà. Tuttavia, è possibile muovere importanti obiezioni
teoriche alla correttezza della descrizione del sistema appena citato. La più importante è che
evidentemente si tratta di un contesto macroscopico, mentre le leggi della meccanica quantistica
valgono solo nel micromondo, cioè quando sono in gioco particelle, atomi e molecole.
Ma dove si trova il confine tra i due mondi? Un modello utile per rispondere a questa domanda è il
minuscolo tamburo di Vanner e colleghi. Si tratta in realtà di un piccolo sistema che può essere
messo in vibrazione meccanica da un impulso laser, grazie alle tecniche messe a punto nel campo
emergente delloptomeccanica quantistica.
Questo sistema fornisce una direzione di ricerca promettente per realizzare una versione meccanica
del gatto di Schrödinger, in cui il tamburo vibra e rimane fermo allo stesso tempo, ha spiegato
Vanner. Tutto questo è esaltante, perché ci permetterà anche di testare i limiti fondamentali della
meccanica quantistica, osservando come si comportano su larga scala le sovrapposizioni
quantistiche.
Un primo risultato significativo è stato ottenuto dagli autori con losservazione del fenomeno
dinterferenza tra le onde delle vibrazioni che percorrono il tamburo. Nellesperimento,
linterferenza era ancora a livello classico a causa del rumore termico, che metteva in vibrazione
il tamburo. Ma il gruppo sta ora lavorando per migliorare la propria tecnica e ripetere gli
esperimenti a temperature prossime allo zero assoluto, dove ci si aspetta che la meccanica
quantistica domini, rendendo potenzialmente possibile osservare la transizione da un mondo
allaltro.
La speranza è che questa migliore comprensione dei sistemi quantistici porti in prospettiva anche
allo sviluppo di nuove potenti tecnologie quantistiche avanzate, come sensori ultra-precisi.
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