Hello, cat. Il Nobel miagola…

n. 139

Hello, cat. Il Nobel miagola…

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Per quale scoperta hanno ricevuto il Premio Nobel da 1,2 milioni di dollari i due fisici, l'americano David Wineland e il francese Serge Haroche? Hanno lavorato nell'ambito dell'ottica quantistica realizzando il famoso esperimento mentale del Gatto di Schroedinger. Ok, mi sembra di vedere la vostra espressione: va dal “chissenefrega-tanto non mi farà passare questo brutto raffreddore” a “Cosa c'entrano i gatti adesso?” passando per “E allora?”.

Andiamo per gradi perché quando si tratta di passeggiare nei giardini della fisica quantistica, lo scenario è talmente lontano dal senso comune che a confronto, il romanzo Alice nel Paese delle Meraviglie ha la stessa dose di creatività e appeal di un elenco telefonico.

Che cos'è l'esperimento mentale del Gatto di Schroedinger?

Erwin Schroedinger volle ridicolizzare le idee della fisica quantistica: che razza di idea può essere, quella di sostenere che una particella può esistere contemporaneamente in due stati diversi fino a quando non si misurano le sue caratteristiche? Come se una ciliegia chiusa in un sacchetto possa essere contemporaneamente matura e acerba. O una rosa chiusa in una scatola possa essere rossa o bianca. Almeno fino a quando non si apre il sacchetto o la scatola per verificare. Così è l'esperimento mentale del gatto: prendiamo lo splendido animale, chiudiamolo in una scatola. Nella scatola c'è un dispositivo particolare: una boccetta di veleno può aprirsi o rimanere chiusa a seconda che un gruppuscolo di atomi, ad essa collegata, decada o non decada in un certo lasso di tempo. Se gli atomi decadono, la fiala si rompe e il gatto schiatta. Se gli atomi non decadono, la fiala rimane intera e il micio è vivo. Ma allora, diceva Schroedinger, se non guardo nella scatola, il micio è sia morto che vivo allo stesso tempo. Il che è assurdo. Diceva lui. Invece non è assurdo. Però aspettate, non ci sono mici zombie in giro per il mondo. La questione è un po' più sottile. Se al posto del felino mettiamo atomi o fotoni…ecco il lavoro dei neo vincitori del Nobel.

Una scatola molto speciale

Haroche ha realizzato una scatola (cavità) molto speciale: le pareti interne sono specchi ultra-riflettenti e conduttori. L'interno della scatola specchiata è molto fredda, è al di sopra di soli 5 gradi allo zero assoluto (-273 °C). In queste condizioni un fotone (un “grano” indivisibile di luce) appare e scompare a causa delle piccolissime fluttuazioni di energia che avvengono all'interno della scatola. E lo fanno a caso, ciè non si può prevedere se in un certo istante il fotone ci sarà o no. Quando c'è, il fotone che rimbalza tantissime volte all'interno della scatola come una pallina contro le pareti: in un decimo di secondo copre un percorso di 40.000 chilometri circa, come se facesse il giro della Terra. Poi scompare. Avere dei fotoni intrappolati vi ricorda qualcosa? Sì: i fotoni prendono il posto del micio di Schroedinger intrappolato.

Ecco la genialata

Come scoprire se all'interno della scatola ci sono fotoni? Se mettessimo dei detector, lo scopriremmo ma il fotone verrebbe distrutto. Lo dice la fisica quantistica con parole più raffinate: l'azione di misura perturba il sistema. Ecco cosa ha fatto allora Haroche: ha sparato all'interno della scatola atomi di rubidio. Li ha snocciolati dentro uno per uno. Quando l'atomo di rubidio esce dalla scatola il suo stato energetico può essere:
1) leggermente cambiato perché ha interagito con il campo elettrico del fotone. Non dimentichiamo infatti che un fotone è anche un'onda elettromagnetica, cioè un' ”increspatura” del campo elettromagnetico.
2) identico: l'atomo di rubidio non ha cambiato il suo stato energetico, quindi non c'era un fotone all'interno della scatola.
Il fisico americano Wineland invece ha fatto il contrario: ha intrappolato singoli ioni (atomi a cui manca un elettrone o ne ha uno in più) e poi ha sparato contro di essi singoli fotoni, emessi da un laser.

Morale?

La sostanza è che i due premiati sono riusciti a sondare l'interno di una scatola senza distruggerne il contenuto. Sembra facile, ma non lo è. Uno dei punti cardini della fisica quantistica infatti è che l'atto di misura “disturba” il sistema. Dato che le particelle “vivono” in stati sovrapposti”, andare a curiosare (cioè misurare) i loro stati significa che ne sopravviverà solo uno (il fenomeno di chiama decoerenza). E' come se in banca aveste due somme di denaro: 1000 euro e 1 milione (sono i vostri due “stati”). E ed è come se andando dal cassiere a chiedere “Quanto ho sul conto adesso?”, nel momento in cui il cassiere verificasse l'ammontare, uno dei due sparisse. E non è possibile prevedere con anticipo cosa vi rimane. E' stranissimo, vero? Invece con l'apparato sperimentale di Haroche e Wineland il cassiere vi dice: “Ora ha 1000”. Se glielo chiedete subito dopo: “Ora ha 1 milione”. Poi dopo ancora: Ora 1000….ora 1000….ora 1 milione..senza che i soldi spariscano. Hey, questa è solo una metafora: non preoccupatevi per i vostri soldi. La finanza quantistica non esiste (forse…).

Ma il micio morto torna vivo?

No, certo. Infatti Schroedinger venne criticato per questo esempio, che fu ritenuto mal posto. Mescolando elementi quantistici (le particelle che decadono o non decadono) a elementi classici (composti da tante particelle, cioè il gatto) potrebbe essere sbagliato. Dico “potrebbe” perché i fisici sono anni che discutono anche su un altro punto: e se il gatto fosse interpretato come uno strumento di misura? Come vedete la questione fa ancora discutere…Se volete sapere come è nata la quantistica e quali menti folli l'hanno fatta crescere, potete leggere il mio libro C'era un gatto che non c'era. Niente formule, solo fatti. Raccontati dal micio ovviamente…

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