Le stranezze della fisica quantistica

La fisica quantistica è inquietante. Un’implicazione di questa teoria dice che piccole particelle come elettroni o fotoni possano essere in stati diversi nello stesso momento e che possano influenzarsi a vicenda anche a lunghe distanze a velocità superiori a quella della luce. Alcuni scienziati, tra i quali Einstein, non credevano che questo fosse possibile. Ma ora una esperimento alquanto brillante ha finalmente dimostrato che particelle separate tra di loro anche da lunghe distanze possono influenzarsi le une con le altre istantaneamente. Questo video di nature spiega gli elementi principali di quest’esperimento, chiamato esperimento di Bell, dal nome del fisico John Bell che per primo ideò un esperimento simile.

Le particelle usate in questi esperimenti possono essere in uno di due stati, rappresentati nel video dai colori verde e rosso. Nell’esperimento di Bell le due particelle misurate sono state sottoposte al processo di “quantum entanglement”. Questo processo fa si che quando una delle due particelle è verde l’altra sia essenzialmente rossa e viceversa. Dato che secondo la fisica quantistica due particelle esistono nei due stati, rosso e verde, allo stesso momento fino a quando non si misura il loro stato. Pertanto, due particelle sottoposte a un entanglement quantistico esisteranno nei due stati fino a quando una delle due viene misurata, a questo punto, misurata una particella l’altra assumerà istantaneamente lo stato opposto a quello misurato nella prima particella.

Quest’esperimento è andato incontro a diversi problemi durante la sua storia, diverse versioni di quest’esperimento sono state provate per decenni. Effettuando l’esperimento di Bell con i fotoni è difficile misurarli tutti e pertanto è difficile capire qual’è l’informazione mancante durante una misurazione, compromettendo l’interpretazione del risultato. Gli elettroni sono più facili da misurare, ma è difficile mantenerli in uno stato di entanglement quantistico a lunghe distanze e se la distanza è troppo breve è difficile capire se gli elettroni si influenzano a velocità superiori a quelle della luce e non si può quindi capire se le due particelle si stiano influenzando istantaneamente.

Queste lacune nell’esperimento di Bell hanno impedito di dimostrare che il torto dei vari scienziati che come Einstein non credevano alla teoria della fisica quantistica. Fino ad ora. Un nuovo tipo di esperimento di Bell è stato infatti in grado di superare entrambe le lacune usando sia fotoni che elettroni. L’esperimento è stato effettuato prendendo due elettroni non sottoposti a entaglement e separati tra di loro da 1.3 km. Entrambe questi elettroni esistono nei due stati allo stesso momento. Ognuno di questi due elettroni è stato quindi sottoposto ad entranglemente quantistico con dei fotoni. A questo punto i due fotoni sono stati fatti interagire tra di loro sottoponendoli ad entanglement quantistico.

In questo modo il primo elettroni è entangled con il primo fotoni, che entangled con il secondo fotone che infine è entangled con il secondo elettrone. Il risultato finale è quello di avere due elettroni entangled tra di loro alla distanza di 1.3 km. In questa condizione è stato quindi possibile determinare che misurando lo stato di uno dei due elettroni si determina istantaneamente lo stato del secondo elettroni anche se separati da lunghe distanze e dimostrando che gli elettroni esistono effettivamente nei loro due stati allo stesso momento.

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