Il Gatto di Schrödinger è (rimasto) Vivo e Morto … per 23 Minuti

La ricerca nella Seconda Rivoluzione Quantistica segna un nuovo Record

La Sovrapposizione Quantistica

Immagina che il mondo microscopico, fatto di particelle piccolissime come atomi ed elettroni, sia come una festa caotica: le particelle sembrano trovarsi in più luoghi allo stesso tempo o svolgere più azioni simultaneamente, in una sorta di danza indefinita. Questo fenomeno, noto come sovrapposizione quantistica, è simile all’essere sia in festa che a casa sul divano contemporaneamente, finché qualcuno non osserva e “costringe” la particella a trovarsi in un unico stato.

Perché non vediamo la “Doppia Vita” nel Mondo reale?

Quando oggetti più grandi agiscono insieme (come un tavolo, un orologio, o noi stessi), il loro comportamento quantistico svanisce. A scala macroscopica, cioè nel mondo visibile, le interazioni con l’ambiente diventano così frequenti che lo stato di sovrapposizione si dissolve. Questo processo, chiamato decoerenza, rende impossibile mantenere sovrapposizioni per oggetti di grandi dimensioni, poiché questi interagiscono costantemente con l’ambiente circostante, come aria, luce o altre molecole.

I modelli di collasso e il mondo macroscopico

I modelli di collasso quantistico propongono un meccanismo interno che spinge le particelle a “scegliere” uno stato definito man mano che un sistema cresce in dimensioni e complessità. Più un oggetto è grande, più “rifiuta” di trovarsi in uno stato di sovrapposizione, passando automaticamente alla “modalità classica,” dove gli oggetti sono stabili e ben definiti.

Come questo ci aiuta a comprendere il Mondo

Questo modello aiuta a spiegare perché, sebbene nel mondo microscopico le particelle possano trovarsi in stati indefiniti, il mondo macroscopico appare stabile. Il mondo quantistico è come un regno di possibilità indefinite, mentre il mondo macroscopico è governato da certezza e stabilità. In sintesi, questi modelli spiegano perché il mondo “grande” che viviamo appare normale e definito, mentre quello “piccolo” è intrinsecamente strano.

Il Paradosso del Gatto di Schrödinger

Immagina di avere una scatola chiusa con dentro un gatto. Secondo la fisica quantistica, in condizioni speciali, potremmo considerare che il gatto sia vivo che morto finché non apriamo la scatola e osserviamo. Questo paradosso, ideato dal fisico Erwin Schrödinger, illustra la natura della sovrapposizione: le particelle possono esistere in più stati contemporaneamente finché un’osservazione non “decide” in quale stato si trovino. Per il gatto, “vivere e morire” contemporaneamente non è reale, ma una metafora per spiegare questo fenomeno.

Il “Gatto è rimasto vivo e morto” per 23 Minuti.

Grazie alle tecnologie avanzate, il concetto del gatto di Schrödinger è stato replicato a livello atomico. Recentemente, un gruppo di scienziati dell’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina ha mantenuto un sistema di 10.000 atomi di itterbio in stato di sovrapposizione per 23 minuti. È un record per la fisica quantistica, poiché questi stati durano solitamente frazioni di secondo. Raffreddando gli atomi quasi allo zero assoluto e intrappolandoli con laser, i ricercatori hanno creato un ambiente che ha ridotto le interferenze, permettendo agli atomi di restare in sovrapposizione per un tempo eccezionale.

Perché è importante?

Questo risultato potrebbe rivoluzionare la tecnologia quantistica. Con stati quantistici stabili per tempi prolungati, possiamo immaginare l’uso di sovrapposizioni per dispositivi avanzati, come memorie per computer quantistici o sensori altamente sensibili. Questo esperimento non solo migliora la nostra comprensione della fisica quantistica, ma apre nuove prospettive per una futura rivoluzione tecnologica, con computer capaci di elaborare informazioni in modi finora impensabili.

Verso una Fisica Unificata ?

Adesso immaginiamo un mondo in cui il microscopico e il macroscopico seguano regole diverse.

Questa è la situazione attuale della fisica: la meccanica quantistica domina il mondo delle particelle, mentre la relatività di Einstein governa il cosmo su larga scala.

Una pubblicazione di un team di fisici guidati dall’italiano Matteo Carlesso suggerisce una originale soluzione a questa divisione, accennando alla possibilità di unificare le due teorie.

La sfida per colmare il divario tra Teoria Quantistica e Classica

La difficoltà principale è che la meccanica quantistica e la relatività sembrano incompatibili. La meccanica quantistica funziona per le particelle elementari, ma l’universo su grande scala segue leggi classiche. Applicare le leggi quantistiche al cosmo appare impossibile: non esiste un osservatore esterno in grado di “misurarne” lo stato.

La proposta per una nuova Equazione di Schrödinger

Matteo Carlesso e il suo team hanno proposto una modifica all’equazione di Schrödinger, aggiungendo termini che catturano le interazioni interne di un sistema, spingendolo verso uno stato definito. Questa modifica influirebbe solo sui sistemi più grandi, provocando frequenti collassi spontanei dalla sovrapposizione a uno stato singolo. In questo modo, il mondo macroscopico apparirebbe stabile, come lo osserviamo.

Le implicazioni del nuovo modello

Il modello eliminerebbe la necessità di un osservatore esterno, suggerendo che tutti i sistemi collassino spontaneamente a intervalli regolari, acquisendo valori definiti. Questo framework offre una spiegazione del perché il tessuto dello spaziotempo non esista in uno stato di sovrapposizione. Il modello suggerisce che un universo quantistico alla fine collassi, assumendo caratteristiche classiche. In sostanza, propone un meccanismo di transizione dall’Universo Quantistico a quello Classico.

Una strada della ricerca da percorrere ?

Questa teoria non prevede nuovi fenomeni su larga scala, e testarla sui sistemi microscopici rimane complesso. La ricerca futura si concentrerà sulla progettazione di esperimenti per verificare queste modifiche e ottimizzare il modello, rappresentando un passo importante verso una fisica unificata in cui il microscopico e il macroscopico potrebbero essere descritti da un’unica teoria.

L’esperimento Cinese dei 23 Minuti e il Modello di Carlesso

Il recente esperimento cinese non conferma direttamente la teoria di Carlesso, ma probabilmente fornisce dati utili al dibattito su come il mondo quantistico possa comportarsi in modo più “classico” in condizioni specifiche. Gli scienziati cinesi hanno dimostrato che, in assenza di perturbazioni, è possibile mantenere uno stato di sovrapposizione quantistica per un tempo prolungato. Anche se non progettato per testare il modello di Carlesso, l’esperimento mostra come limitando le interferenze esterne si possa preservare uno stato quantistico.

Futuri esperimenti per testare il Modello di Carlesso

Il recente esperimento potrebbe ispirare nuovi test su sistemi di dimensioni crescenti, per osservare a che punto la sovrapposizione inizia a collassare spontaneamente. Secondo Carlesso, i collassi aumentano con la complessità del sistema, quindi testare questa ipotesi in laboratori controllati fornirebbe dati utili per avvicinarsi a una verifica del modello.

In sintesi, l’esperimento dei 23 minuti in Cina non conferma la teoria di Carlesso, ma mostra che è possibile mantenere stati quantistici a lungo, aprendo la strada a test futuri che potrebbero esplorare la transizione tra il comportamento quantistico e quello classico su scala macroscopica aprendo i nuovi scenari della seconda rivoluzione quantistica …

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