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I fisici uniti per risolvere un problema teorico della meccanica quantistica

Un professore assistente di fisica presso l’Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) farà parte di un gruppo internazionale di ricercatori che saranno impegnati in un grande sforzo teorico per risolvere, si fa per dire, il problema dell’incompletezza della meccanica quantistica, un sogno che fu perseguito inizialmente da Albert Einstein a successivamente da altre menti brillanti del secolo scorso.

Stiamo parlando di Le Luo, uno scienziato specializzato in fisica atomica e ottica quantistica che ha una buona esperienza nella manipolazione di ioni intrappolati. Un finanziamento lo aiuterà a collaborare con un gruppo di ricercatori dell’University of Science and Technology in Cina (USTC), dell’Harvard University e di altre Università europee per realizzare quello che viene chiamato il “loophole-free test” delle disuguaglianze di Bell, una delle argomentazioni fondamentali della meccanica quantistica. “Questa ricerca durerà almeno cinque anni o più” spiega Luo. “Se avrà successo, potrebbe avere delle ricadute importanti nell’ambito della meccanica quantistica così come nel settore dell’informazione scientifica di tipo quantistico che renderà la tecnologia informatica più sicura ed efficiente rispetto a quella attuale”. La teoria dei quanti afferma che non esiste una realtà locale. In altre parole, un oggetto non ha valori prefissati finchè non viene osservato. Fino ad allora, si parla solo di probabilità. La teoria suggerisce inoltre che una singola misura può influenzare due sistemi fisici distinti e separati da una certa distanza e che sono descritti da “stati quantistici correlati” (entanglement). Per esempio, la teoria afferma che se due particelle correlate (ioni, protoni, elettroni e così via) vengono spedite a grande distanza, una misura eseguita su una particella in un determinato punto dovrebbe indicare gli stati, ad esempio posizione e velocità, di entrambe le particelle, non importa quanto esse siano distanti. La teoria della relatività afferma, invece, che una situazione di questo tipo è impossibile dato che le particelle dovrebbero comunicare tra di loro con una velocità superiore a quella della luce. Quando si prende in considerazione la realtà locale per le leggi della fisica, la teoria quantistica potrebbe non essere completa, così come pensava Einstein. Ma allora cos’è la realta? Cos’è la materia? Queste domande fondamentali e altre collegate alla meccanica quantistica hanno impegnato gli scienziati da diverse generazioni. “Si spera che l’esperienza di questo gruppo di fisici provenienti da tutto il mondo sarà tale da ottenere qualche progresso scientifico in modo da rispondere a queste grandi domande” dice Luo. Le argomentazioni sulla realtà locale della meccanica quantistica risalgono ai primi anni del ‘900. Einstein assieme a Boris Podolsky e Nathan Rosen furono i primi ad analizzare pubblicamente negli anni ’30 il problema dell’incompletezza della meccanica quantistica, un approccio che divenne noto come ‘paradosso EPR’. Nel 1964, il fisico John Bell fornì una analisi dettagliata del paradosso EPR che portò all’ormai famoso risultato noto come ‘disuguaglianza di Bell’ che indica come devono essere condotti in maniera specifica gli esperimenti sulla realtà locale. I ricercatori hanno iniziato negli anni ’80 ad utilizzare i fotoni in modo da verificare se Einstein aveva o meno ragione. Da allora, gli scienziati hanno considerato vari stati quantistici per dimostrare la validità della teoria ma continuavano ad ottenere sempre loophole nei loro metodi e perciò non ottenevano risultati definitivi. Secondo Luo, utilizzando diversi sistemi quantistici, tra cui fotoni, ioni e altre strutture solide complesse, si potrà verificare sperimentalmente, e per la prima volta, la teoria dei quanti fino a grandi distanze, anche dell’ordine di decine di chilometri, e si potranno così eliminare, si spera, tutti i loophole in modo tale da evitare che due oggetti possano comunicare tra di loro.

IUPUI press release: Physics Researcher Part of New Effort to Finally Complete Quantum Theory

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disuguaglianza di Bell | entanglement quantistico | meccanica quantistica | relatività

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