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Il premio Nobel per la Fisica 2022 è stato assegnato a tre fisici studiosi della Meccanica Quantistica: il francese  Alain Aspect, l’americano John Clauser e l’austriaco Anton Zeilinger. I loro lavori hanno permesso di gettare le basi per la comprensione del fenomeno dell’ “entanglement” (correlazione) quantistico in cui due particelle si comportano come un’unità singola anche quando sono separate.

I risultati dei loro studi hanno aperto la strada a una nuova tecnologia basata sull’informazione quantistica, la crittografia (la tecnologia che consente di mandare messaggi criptati) sui computer quantistici. Ma sopratutto i loro esperimenti rappresentano una verifica e una conferma sperimentale della completezza della meccanica quantistica portata avanti dal lavoro fondamentale di John Bell del 1964 rispetto alle posizioni di Albert Einstein, il quale sosteneva che le stranezze della meccanica quantistiche nascevano dal fatto che la teoria era ancora incompleta e che c’erano delle “variabili nascoste” non ancora note.  Einstein era particolarmente turbato dall’idea che una misura effettuata su una particella potesse influenzare istantaneamente la seconda  particella “entangled” con la prima anche posta a grande  distante senza che vi fosse alcuno scambio di informazioni.

Quali sono le stranezze della Meccanica Quantistica?

Prima stranezza: Immaginiamo di avere degli elettroni che passano attraverso una doppia fenditura A e B. La meccanica classica (ed il nostro intuito) ci dice che il singolo elettrone attraverserà o la fenditura A o la fenditura B; gli esperimenti mostrano invece che il singolo elettrone passa contemporaneamente attraverso la fenditura A e la fenditura B. Questo vuol dire che l’elettrone si trova nello stesso tempo in A e in B (cioè in una combinazione lineare dei due stati possibili)

Seconda stranezza: “entanglement” che possiamo chiamare correlazione. Cosa si intende per correlazione classica? Carlo ha due palline, una nera e una bianca in due scatole chiuse; ne consegna una ad Alice l’altra a  Bob. Bob parte per un lungo viaggio e ad un certo momento Alice vuole conoscere il colore della sua pallina. Nel momento in cui lei vede che la sua pallina è bianca immediatamente sa che Bob ha con sé la pallina nera. In questo caso le due palline sono fortemente correlate: se io conosco il colore della mia pallina istantaneamente conosco il colore della pallina del mio compagno senza bisogno di scambi di informazioni tra i due sperimentatori. Questo tipo di correlazione classica è perfettamente chiara.
 
Cos’è la  Correlazione quantistica?

Una proprietà intrinseca dell’elettrone è il suo “spin”che possiamo solo pittoricamente associare ad una rotazione della particella in senso orario (con segno +) o antiorario (con segno -). Se due elettroni sono “entangled”  (cioè si preparano due elettroni accoppiati in un unico stato (+) (-) ) questi rimangono accoppiati anche se i due elettroni vengono separati l’uno dall’altro a grande distanza; così se Alice misura uno spin, per esempio (+), del suo elettrone lungo una certa direzione, istantaneamente sa che lo spin misurato da Bob lungo la stessa direzione sarà (-).

Il fisico svedese Thors Hans Hansson, membro del Comitato Nobel per la Fisica, ha dichiarato: «Oggi onoriamo tre fisici i cui pionieristici esperimenti ci hanno mostrato che il bizzarro mondo quantistico dell’entanglement non è solo il microcosmo degli atomi, e certamente non è il mondo virtuale della fantascienza o del misticismo, ma è il mondo reale nel quale tutti noi viviamo».

Ma non proviamo ad applicare all’universo delle particelle infinitamente piccole le leggi della meccanica classica che abbiamo imparato a scuola e che bene regolano la nostra vita di tutti i giorni. Semplicemente non funzionano.
 
Luigi Papagno
 Velletri2030