Conferme di sovrapposizione quantistica per il macrocosmo

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Un record per la sovrapposizione quantistica. Confermata con un esperimento la natura ondulatoria di molecole costituite da circa 2000 atomi: è il più grande sistema fisico noto finora in cui vale uno dei principi cardine della meccanica quantistica. Il risultato sposta un po’ più in là il limite tra mondo microscopico e mondo macroscopico.

Circa duemila molecole: ha raggiunto dimensioni da record il sistema microscopico che conferma sperimentalmente il principio di sovrapposizione, uno dei cardini della teoria quantistica. Il risultato, descritto sulle pagine di “Nature Physics” da una collaborazione di ricerca tra l’Università di Vienna, in Austria, e l’Università di Basilea, in Svizzera, sposta un po’ più in là il limite che divide il comportamento del mondo microscopico da quello del mondo macroscopico.

Illustrazione del dualismo onda-particella per macromolecole (Yaakov Fein, Universität Wien) 
Illustrazione del dualismo onda-particella per macromolecole (Yaakov Fein, Universität Wien)

La meccanica quantistica si basa su l’ipotesi di De Broglie, secondo cui a ogni corpo materiale, e in particolare a ogni particella, è associata un’onda dotata di una lunghezza d’onda inversamente proporzionale alla sua massa. La dinamica della particella è quindi descritta in termini matematici da una funzione d’onda, il cui quadrato è legato alla probabilità di osservare la particella in una certa posizione.

Al di là degli aspetti formali, il dato fondamentale è che, proprio come le onde sonore, le onde associate alle particelle possono sovrapporsi e interferire tra di loro.

Questa duplice natura onda-particella è evidente con l’esperimento della doppia fenditura. Se si proietta una luce su una lastra in cui sono praticate due fenditure, su uno schermo oltre la lastra si forma un’alternanza di bande luminose e bande scure, chiamate frange d’interferenza. La stessa cosa si verifica con fasci di elettroni, neutroni, atomi e anche molecole, confermando la natura ondulatoria della materia, anche quando si tratta di sistemi complessi e relativamente grandi.

Ma quanto grandi? A quale scala dimensionale cessano di valere le leggi della meccanica quantistica? Mentre i fisici teorici e i filosofi della scienza s’interrogano su come avvenga la transizione tra i bizzarri effetti quantistici del micromondo alle leggi classiche degli oggetti che abbiamo sotto gli occhi tutti i giorni, alcuni fisici sperimentali cercano in laboratorio gli effetti dell’interferenza con molecole sempre più grandi.

Markus Arndt e il suo gruppo all’Università di Vienna ha affrontato il problema con una molecola gigantesca, formata da 2000 atomi cioè, complessivamente, da 40.000 protoni, neutroni ed elettroni. Hanno preso un fascio di queste molecole e l’hanno fatto passare all’interno di un interferometro di grandi dimensioni. I test hanno dimostrato che si verifica l’interferenza per 7 millesimi di secondo, un tempo abbastanza lungo da dimostrare sperimentalmente il principio di sovrapposizione anche per molecole di queste dimensioni, in ottimo accordo con le leggi quantistiche.

“I nostri esperimenti mostrano che la meccanica quantistica con tutte le sue stranezze, è anche incredibilmente solida, e siamo ottimisti sul fatto che in futuro si possa verificare su scale dimensionali ancora più ampie”, ha spiegato Yaakov Fein, primo autore dell’articolo.

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