Intrecci quantistici imperfetti

E’ colpa del principio di indeterminazione

di Andrea Signori

La spesa: che sia il mercoledì dopo le lezioni pomeridiane o il sabato prima di pranzo, poco cambia. I supermercati: luoghi dove le persone scorrono, con velocità costante, lungo il proprio binario immaginario. A ogni fermata, un prodotto di fiducia: un tantino alienante. Capita però di avere visioni che risveglino dallo stato di “trance” da acquisto abitudinario, cosicché anche la spesa acquista un senso. Per lui l’ultimo modello di trapano a 12 punte. Per lei il nuovo set di trucchi. (Sì, siamo un tantino maschilisti.) Per il fisico la “soda Solvay”. Proprio la soda Solvay. Perché a questo prodotto in apparenza insignificante è legata la nascita della fisica moderna e in primo luogo della meccanica quantistica.

Ernest Solvay, industriale belga di inizio Novecento, fece fortuna con la produzione della soda. Date l’agiatezza economica e la sua sincera passione per la scienza, organizzò per anni congressi aperti ai maggiori scienziati dell’epoca. In quelle sedi fiorirono accesi dibattiti che portarono alla maturazione della teoria dei quanti e dei suoi aspetti più bizzarri. Oggi, a quasi un secolo dal primo di quei congressi, è stato inserito un nuovo pezzo nel complicato puzzle dei fondamenti della meccanica quantistica.

Jonathan Oppenheim, dell’Università di Cambridge, in Inghilterra, e Stephanie Wehner, dell’Institute for Quantum Information del California Institute of Technology, con un articolo pubblicato su “Science” hanno evidenziato una relazione fra due pilastri concettuali della teoria quantistica: indeterminazione e non località. Se ti stai chiedendo che cosa accidenti siano, prosegui con fiducia nella lettura. Ma prima abbandona il tuo modo di ragionare fondato sul senso comune che deriva dalla tua esperienza quotidiana.

Se tu fossi uno degli elettroni che svolazzano attorno a un nucleo atomico e conoscessi perfettamente la tua velocità, in base al principio di indeterminazione formulato da Werner Heisenberg ogni tua posizione sarebbe equiprobabile, cioè non potresti dire dove ti trovi: saresti “sparpagliato” nello spazio, proprio come un’onda. Viceversa, sapendo con precisione assoluta qual è la tua posizione, non potresti dire nulla sulla tua velocità. Infatti non è possibile conoscere con precisione arbitraria posizione e velocità di una particella: entrambe devono essere parzialmente indeterminate. Se già questo ti turba (e deve farlo: è classicamente assurdo!), aspetta di imbatterti nella non località, “la caratteristica principale della teoria quantistica”, secondo Sandu Popescu, dell’Università di Bristol.

Decadimenti radioattivi di nuclei, separatori di fasci laser e altri fenomeni tipicamente quantistici possono generare coppie di particelle “gemelle” che restano correlate per tutta la loro esistenza. Esiste un indissolubile “intreccio” (entanglement) che rende la coppia di particelle un oggetto unico, non locale. Perciò, se si opera una trasformazione (una rotazione dello spin, per esempio) su una delle due, anche l’altra ne sarà influenzata. Potrebbero essere a milioni di chilometri di distanza, ma le due particelle formerebbero un unico sistema fisico, che trascende le distanze spaziali e temporali. “Qui” e “là” sono concetti che perdono di significato. “Qui è anche là” per una coppia di particelle entangled: è sconcertante!

Nel 1995 Sandu Popescu e Daniel Rohrlich, della Ben Gurion University, in Israele, si accorsero che l’intensità dell’azione a distanza tra particelle entangled potrebbe, per come sono formulate le leggi della fisica, essere maggiore di quello che si riscontra mediante la meccanica quantistica. Con l’articolo appena pubblicato su “Science”, Jonathan Oppenheim e Stephanie Wehner attribuiscono al principio di indeterminazione il fatto che la teoria quantistica non sia tanto non locale quanto potrebbe. Secondo i due scienziati, l’impossibilità di effettuare misurazioni congiunte di grandezze fisiche con precisione arbitraria impedirebbe il raggiungimento della “perfetta” azione a distanza teorizzata da Rohrlich e Popescu. Quest’ultimo riconosce pienamente il carattere innovativo del recente articolo, ma afferma che “si è ancora lontani dalla piena comprensione della parziale non località della meccanica quantistica”.

E’ importante ribadire che la meccanica quantistica e ogni sua bizzarra implicazione entrano con prepotenza nella nostra quotidianità. La meccanica quantistica descrive la Natura a scale microscopiche, ma le sue implicazioni non sono confinate al mondo atomico e subatomico. La chimica, ad esempio, è una delle manifestazioni macroscopiche delle leggi (quantistiche) che governano il comportamento di atomi e molecole. Ed esistono già svariate applicazioni tecnologiche della meccanica quantistica, come il laser e l’intero settore della diagnostica per immagini, dalla radiografia fino alla più recente PET. Impiego dell’informazione quantistica, quantum computer e teletrasporto quantistico sono invece esempi di tecnologia “futuribile”, cioè non ancora concretamente sviluppata ma alla quale la non località offre una solida base scientifica.