martedì 29 dicembre 2009

Guardare al caso

Cosa ne pensate di un articolo il cui titolo comincia così: “Towards Quantum Experiments with Human Eyes …”? Usare gli occhi come strumento di misura per fenomeni quantistici? Saranno impazziti? Il fatto è che questo articolo è stato pubblicato a Settembre su Physical Review Letters (PRL 103 (2009) 113601) e quindi un minimo di attenzione lo merita.
La Meccanica Quantistica è ormai nei libri di testo delle scuole superiori e dei suoi principi se ne fa un uso ormai smodato in qualsiasi contesto. Una cronologia sintetica degli eventi che hanno portato alla formalizzazione della Teoria dei Quanti parte nel 1900 dalla soluzione di Max Planck del problema della radiazione di corpo nero (un oggetto ideale che assorbe tutta la radiazione che lo colpisce e quindi non riflette alcuna radiazione e appare quindi perfettamente nero. ...) e passa per Albert Einstein che nel 1905 usò l’ipotesi quantistica di Plank per spiegare l’effetto fotoelettrico (l'emissione di elettroni da una superficie metallica quando questa viene colpita da una radiazione). Dopo che Niels Bohr propose un modello dell’atomo in cui gli elettroni possono avere solo determinati livelli energetici (1913), Werner Heisenbeg e Paul Dirac, e per altra via Louis de Broglie e Erwin Schrödinger formularono le equazioni matematiche della meccanica quantistica (1926).
La famosa frase “(Dio, ndr) non gioca a dadi con il mondo, usata sovente a sproposito, è contenuta in una lettera di Einstein a Max Born del 1926 dove, in realtà, è scritto:“La meccanica quantistica è degna di ogni rispetto, ma una voce interiore mi dice che non è ancora la soluzione giusta. È una teoria che ci dice molte cose, ma non ci fa penetrare più a fondo il segreto del gran Vecchio. In ogni caso, sono convinto che questi non gioca a dadi con il mondo.” Quale era il problema di Einstein? La meccanica quantistica è una teoria incompleta ovvero, la funzione d’onda (che descrive uno stato fisico di un sistema quantistico e, da un punto di vista matematico, è un’ampiezza di probabilità) non fornisce una descrizione completa dello stato di un sistema. Difetto ancor più grande: è una teoria non-locale ovvero esistono particolari stati di più particelle che sono intrecciati (entangled) per i quali la misura su una particella influisce sul comportamento dell’altra anche quando le due sono spazialmente separate. L’entanglement: il misterioso fenomeno quantistico in cui due o più particelle diventano così profondamente legate che condividono la stessa esistenza, anche se distanti.
Einsten provò a costruire una teoria completa e locale in accordo con la Meccanica quantistica ma nel 1964 John S. Bell dimostrò che nessun modello locale può essere in accordo con la meccanica quantistica e propose un esperimento che potesse confutare la meccanica quantistica o viceversa confutare un qualsiasi modello locale. L’esperimento non lo descrivo ma ha a che fare con una coppia di fotoni. Conclusione: se la meccanica quantistica è corretta, il mondo (quantistico) è non locale.
Nell’articolo citato all’inizio di questo post viene suggerito un esperimento (alla Bell) in cui i detectors (i rivelatori) sono i nostri occhi. Direte voi: ma come fa un occhio a “vedere un fotone”? Non può, infatti! Tutti sanno che il processo di osservazione negli occhi è macroscopico (si vedono un numero indeterminato di fotoni tutti assieme appassionatamente a fare un’onda di luce con una fase ben precisa) e quindi eventuali effetti quantistici sono difficilmente rivelabili. La possibilità suggerita nell’articolo è quella di clonare il fotone in molte copie per ottenere un effetto di amplificazione che ne permetta la “visione”. Ancora è solo una proposta di esperimento. Aspettiamo i risultati.


P.S. Curiosa la vita. Finito di scrivere questo post mi arriva un e-mail da Phys. Rev. A dove mi comunicano di aver accettato per pubblicazione il mio ultimo lavoro (che parla proprio di entanglement e transizioni di fase, urca!): aspettavo da Luglio e avevo ormai perso le speranze. Titolo dell'articolo? Finite-size behavior of quantum collective spin systems. Qui, per i coraggiosi, il preprint.
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