Nel corso di questa rubrica abbiamo spesso citato la famosa storiella del Gatto di Shroedinger, ultimamente quando ho raccontato la misteriosa scomparsa di Majorana, e l’interessante teoria secondo cui Ettore poteva essere considerato vivo e morto allo stesso tempo, come il gatto.
Il concetto si basa su uno dei principi più difficili da accettare e da comprendere della Meccanica Quantistica, ovvero la sovrapposizione di stati.
L’idea è che se prendiamo per esempio una scatola, e ci mettiamo all’interno un certo numero di particelle, queste avranno una determinata probabilità di distribuirsi secondo una certa configurazione dentro la scatola. In realtà, secondo questo principio della Meccanica Quantistica, le particelle assumeranno contemporaneamente tutte le possibili configurazioni, finché un osservatore non perturbi il sistema, aprendo la scatola e facendo degenerare questa moltitudine di stati in un’unico stato osservabile.
Analogamente, nel paradosso del gatto di Shroedinger, l’osservatore degenera lo stato del gatto in “vivo” o “morto” solo aprendo la scatola, mentre prima il gatto si trovava in una sovrapposizione di stati, essendo sia vivo che morto allo stesso tempo.
Si tratta, come dice il nome, di un paradosso. Questo perché sappiamo che un gatto non può essere sia vivo che morto allo stesso tempo, essendo una forma di vita, con dei sensi e un sistema complesso. La Meccanica Quantistica è una descrizione del mondo delle particelle elementari, al massimo degli atomi e delle molecole.
Ma non è adatta a descrivere corpi di dimensioni macroscopiche, che invece seguono la Meccanica Classica. Vi è però una regola estremamente importante quando si definisce una nuova fisica, ed è che quest’ultima sia in grado di riprodurre i risultati di quella precedente. La Meccanica Quantistica deve poter riprodurre la fisica descritta dalla Meccanica Classica quando si descrive un corpo macroscopico.
Questo viene spiegato dal fatto che le condizioni esterne di un corpo di grandi dimensioni influiscono maggiormente su di esso, rispetto a quanto accada in un corpo microscopico. La fisica classica, quindi, “pesa” di più su un oggetto , piuttosto che gli effetti quantistici, che non sono sufficientemente intensi da poter essere visti a occhio nudo.
In linea di principio, però, non vi è nessuna ragione per cui la meccanica quantistica non possa valere anche in sistemi macroscopici.
Andrew Cleland della University of California, Santa Barbara, assieme al suo team di ricerca, ha dimostrato che è vero, la meccanica quantistica è valida anche per sistemi macroscopici. Il tutto sta a “togliere” tutta l’energia di un oggetto, rendendolo stabile e al suo livello più basso di energia (“ground state”) e fornirgli di seguito dei “quanti” di energia, osservandone il comportamento.
Il problema è fondamentalmente di tipo tecnico: come togliere tutta l’energia a un oggetto? La materia che ci circonda è formata da molecole che vibrano costantemente, e per fermare questa vibrazione sarebbe necessario raffreddare la materia ad un livello non raggiungibile con le tecnologie attuali. Cleland ha allora deciso di rigirare il problema.
Ha scelto un materiale la cui frequenza di vibrazione è altissima, cosicché hanno potuto utilizzare un sistema di raffreddamento standard (a livello laboratoristico… si è trattato comunque di temperature vicine allo zero assoluto!) per portare una piccola tavoletta di 30 micro metri di diametro nel suo stato energetico fondamentale, “congelando” le molecole.
Questa piccola “paletta” di 30 micrometri può essere vista come una specie di tamburello quantistico. Nel suo stato fondamentale è immobile, privo di qualsivoglia vibrazione. Questo è stato verificato attraverso un circuito elettrico a superconduttori che è anche servito per, come passo successivo, iniettare un quanto di energia al tamburello. È stato così osservato come il tamburello seguisse un comportamento decisamente quantistico, vibrando per deteminate frequenze.
L’esperimento è stato poi portato ad un gradino successivo. Il circuito è stato istruito per dare un segnale di “spingi” e “non spingi” in contemporanea e, attraverso una serie di misurazioni molto complesse, si è riuscito a dimostrare che il tamburello era in uno stato di “vibrazione” e “non vibrazione” contemporaneamente.
La prima cosa che verrebbe da pensare è “ottimo, adesso costruite un processore a 4 core quantistici, e facciamo un super mega computer”. Purtroppo non è così facile, per poter osservare questo effetto è stato necessario selezionale accuratamente il materiale, le dimensioni, il sistema intero. Si è dovuto creare un sistema imperturbabile dall’esterno, da fattori “macroscopici” che renderebbero invisibili gli effetti quantistici.
Le applicazioni di questa scoperta sono quindi ancora lontane, ma è di sicuro una grande scoperta scientifica che vale la pena approfondire!
