{"id":6829,"date":"2024-02-27T09:31:00","date_gmt":"2024-02-27T08:31:00","guid":{"rendered":"https:\/\/liceocuneo.it\/oddenino\/?p=6829"},"modified":"2024-05-02T06:39:45","modified_gmt":"2024-05-02T04:39:45","slug":"alla-ricerca-del-limite-quantistico-con-il-pendolo-di-schrodinger","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/liceocuneo.it\/oddenino\/alla-ricerca-del-limite-quantistico-con-il-pendolo-di-schrodinger\/","title":{"rendered":"Alla ricerca del limite quantistico con il pendolo di Schr\u00f6dinger"},"content":{"rendered":"\n

I fisici cercano la linea di demarcazione tra il mondo quantistico e quello classico<\/em><\/p>\n\n\n\n

Di Tim Folger (Scientific American, 27 febbraio 2024)<\/p>\n\n\n\n

C’\u00e8 una frattura nella realt\u00e0, un confine invisibile che separa due regni completamente diversi. Da un lato c’\u00e8 il nostro mondo quotidiano, dove le cose obbediscono a regole di buon senso: gli oggetti non occupano mai pi\u00f9 di un posto alla volta ed esistono anche quando non li guardiamo. Dall’altra parte c’\u00e8 il paesaggio onirico della meccanica quantistica, dove nulla \u00e8 fisso, regna l’incertezza e un singolo atomo o molecola pu\u00f2 trovarsi in pi\u00f9 luoghi contemporaneamente, almeno finch\u00e9 nessuno li osserva.<\/p>\n\n\n\n

Questo significa che la realt\u00e0 ha un insieme di leggi per il macrocosmo e un altro per il microcosmo? Alla maggior parte dei fisici non piace istintivamente l’idea di un universo biforcato. A Sougato Bose, teorico dell’University College di Londra (UCL), non piace affatto. “Il mio punto di vista \u00e8 che la meccanica quantistica non \u00e8 mai stata osservata [su scala macroscopica] perch\u00e9 non siamo ancora riusciti a isolare le cose abbastanza bene”, dice, cio\u00e8 i ricercatori non hanno trovato un modo per schermare i grandi oggetti dal loro ambiente, in modo che le loro propriet\u00e0 quantistiche siano evidenti. Come la maggior parte dei fisici, Bose ritiene che la meccanica quantistica si applichi a tutte le cose grandi e piccole. Lui e tre colleghi, due nel Regno Unito e uno in India, sperano di mettere alla prova questa convinzione entro uno o due anni con un esperimento intrigante che mira a determinare se i grandi oggetti obbediscono o meno alle strane regole della teoria quantistica.<\/p>\n\n\n\n

L’esperimento, descritto in un recente numero di Physical Review Letters<\/em><\/a>, si rif\u00e0 a un enigma che Erwin Schr\u00f6dinger, uno dei fondatori della meccanica quantistica, ha posto in modo vivido quasi un secolo fa. Cosa succederebbe, si chiedeva Schr\u00f6dinger, a un gatto intrappolato in una scatola chiusa con una fiala di veleno che ha il 50% di probabilit\u00e0 di rompersi e di uccidere il gatto? Secondo la meccanica quantistica, il gatto \u00e8 allo stesso tempo vivo e<\/em> morto, e si trova in entrambi gli stati fino a quando qualcuno non apre la scatola e guarda al suo interno. Questo perch\u00e9, secondo la teoria quantistica, solo quando un osservatore effettua una misurazione del sistema – aprendo la scatola e controllando – le due possibilit\u00e0 devono collassare in una sola. L’esempio vuole illustrare come l’applicazione di queste regole quantistiche alle cose grandi – in pratica, a qualsiasi cosa visibile a occhio nudo – porti a delle assurdit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n

Quindi, se la meccanica quantistica \u00e8 vera – ed \u00e8 una teoria di fenomenale successo per prevedere il comportamento delle particelle – perch\u00e9 non vediamo mai gatti sia vivi che morti? Le leggi della meccanica quantistica si infrangono a un certo livello? Alcuni fisici la considerano una possibilit\u00e0. Ma la maggior parte sostiene che l’apparente assenza di effetti quantistici nella nostra esperienza del mondo deriva dal fatto che le innumerevoli interazioni degli atomi con l’ambiente circostante offuscano la vera natura delle cose. Di conseguenza, percepiamo una sorta di versione sminuita<\/em> [orig. dumbed-down], non quantistica della realt\u00e0.<\/p>\n\n\n\n

Se questo \u00e8 il caso, un esperimento accuratamente progettato che isoli un oggetto da quasi tutto ci\u00f2 che lo circonda dovrebbe consentire ai fisici di intravedere il comportamento quantistico effettivo di quell’oggetto, anche se relativamente grande. Questo \u00e8 l’obiettivo dell’esperimento proposto da Bose, Debarshi Das, anch’egli dell’UCL, Hendrik Ulbricht dell’Universit\u00e0 di Southampton in Inghilterra e Dipankar Home del Bose Institute in India. “Ci sono due possibili risultati”, dice Home. “Uno \u00e8 che la meccanica quantistica sia valida [a tutte le scale], l’altro \u00e8 che ci sia una regione in cui la meccanica quantistica non sia valida”.<\/p>\n\n\n\n

La maggior parte dell’hardware necessario per l’esperimento \u00e8 gi\u00e0 pronta e si trova su un tavolo nel laboratorio di Ulbricht. (\u00c8 l’unico sperimentatore del gruppo; Home, Das e Bose sono teorici). L’esperimento utilizzer\u00e0 i laser per mantenere sospeso un singolo nanocristallo di silice – una microscopica perlina di vetro – mentre oscilla intorno al punto focale di un piccolo specchio parabolico ricavato da un blocco di alluminio alloggiato in una camera a vuoto. Sebbene la perlina abbia un diametro di soli 100 nanometri – pi\u00f9 o meno le dimensioni di un virus – \u00e8 comunque almeno 1000 volte pi\u00f9 grande degli ammassi di molecole che finora hanno costituito il punto di riferimento sperimentale per la quantisticit\u00e0 <\/em>[orig. quantumness].<\/p>\n\n\n\n

Nonostante la sua complessit\u00e0 tecnica, l’esperimento imita un fenomeno molto semplice: il movimento di un pendolo. Un campo elettromagnetico spinge la perlina di silice avanti e indietro. Come un metronomo, la perlina oscilla regolarmente dal punto A al punto B e viceversa. Per quanto riguarda la fisica classica e non quantistica, questa dovrebbe essere la fine della storia. Ma un pendolo quantistico dovrebbe comportarsi in modo molto diverso. La sua posizione cambier\u00e0 a seconda che qualcuno stia guardando o meno: potrebbe partire da A ma finire da qualche parte a sinistra o a destra di B. Questo \u00e8 il cosiddetto pendolo di Schr\u00f6dinger.<\/p>\n\n\n\n

L’esperimento metter\u00e0 alla prova la natura stessa della realt\u00e0: essa \u00e8 completamente oggettiva o le nostre osservazioni hanno un ruolo nel creare ci\u00f2 che vediamo? Per scoprirlo, l’esperimento sar\u00e0 condotto in due modi leggermente diversi. In una versione, un laser sar\u00e0 puntato su un punto in cui la fisica classica prevede che la perlina si trovi, ad esempio, nella posizione B. Se la perlina \u00e8 effettivamente l\u00ec, rifletter\u00e0 la luce del laser verso un rivelatore. Nel secondo caso, il laser verr\u00e0 puntato due volte: prima in una posizione intermedia e poi una seconda volta un po’ pi\u00f9 avanti nel percorso della perlina. Secondo la fisica classica, la misurazione intermedia non dovrebbe influenzare la posizione successiva della perlina, che dovrebbe sempre finire in B. Dopo tutto, nella vita quotidiana non possiamo cambiare il movimento di un metronomo semplicemente guardandolo.<\/p>\n\n\n\n

Ma nel caso quantistico, la misurazione intermedia ha un effetto profondo. Come nel caso del gatto di Schr\u00f6dinger, la perlina non esiste in nessuno stato definito finch\u00e9 non viene osservata. Prima di allora, non si pu\u00f2 dire che la perlina si trovi da qualche parte; \u00e8 solo una nuvola di possibilit\u00e0 e assume una posizione definita solo quando viene misurata. Il semplice atto di osservare la perlina in un momento cambia la posizione in cui si trover\u00e0 in un momento successivo, quando il laser briller\u00e0 per la seconda volta. Se le regole della meccanica quantistica sono valide, a volte la perlina si trover\u00e0 in B, ma a volte no.<\/p>\n\n\n\n

“Quando si misura, si crea quella realt\u00e0”, dice Bose. “Nella meccanica quantistica la cosa non esiste in un luogo particolare prima [della misura]. Non esiste una verit\u00e0 prima della misurazione”.<\/p>\n\n\n\n

Per ottenere risultati statisticamente significativi, Ulbricht dovr\u00e0 lavorare rapidamente ed effettuare circa 100’000 misurazioni della perlina nell’arco di un’ora. (Pi\u00f9 a lungo l’esperimento viene eseguito, maggiore \u00e8 il rischio che lievi variazioni di temperatura o altri effetti minuscoli [orig. subtle] possano interferire con gli aspetti quantistici dell’apparato). Allo stesso tempo, dovr\u00e0 calibrare la posizione dei suoi rivelatori in modo che contino solo i fotoni che interagiscono con la perlina e non quelli che potrebbero rimbalzare sul piccolo specchio parabolico nel blocco di alluminio.<\/p>\n\n\n\n

In linea di principio, Bose, Ulbricht, Das e Home ritengono che il loro approccio sperimentale potrebbe essere scalato per lavorare con oggetti molto pi\u00f9 grandi, forse anche con qualcosa di massiccio come qualche chilogrammo. Ma in questo caso la serie di potenziali effetti contaminanti, o “rumore”, diventerebbe molto pi\u00f9 difficile da controllare. “Il rumore si riduce moltissimo [con le dimensioni]”, afferma Vlatko Vedral, fisico sperimentale dell’Universit\u00e0 di Oxford, che studia anche la suddivisione classica-quantistica. “Il fattore di scala varia in modo esponenziale. Sarei sorpreso se si potesse fare? Non lo so, non \u00e8 un esperimento banale”.<\/p>\n\n\n\n

Se l’esperimento attuale si riveler\u00e0 in grado di violare le previsioni della fisica classica, porter\u00e0 il mondo quantistico quasi palpabilmente vicino al nostro. “Crediamo che la meccanica quantistica sia una teoria universale”, afferma Das. “La teoria stessa non ha limiti. Ma in realt\u00e0, se questo sia vero o meno, non lo sappiamo ancora. Solo l’esperimento pu\u00f2 risolvere questo dilemma”.<\/p>\n\n\n\n

Articolo originale: https:\/\/www.scientificamerican.com\/article\/schroedingers-pendulum-experiment-will-search-for-the-quantum-limit\/<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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