Nobel della fisica 2022: la premessa bisogna certamente farla per capire su che cosa sono partiti e cosa hanno dovuto studiare i tre scienziati: Alain Aspect, John F. Clauser e Anton Zeilinger premiati dal nobel. Altra cosa da sottolineare è che la fisica è una materia molto ma molto tecnica che, diciamo la verità. non piace a tutti.

Sulla fisica si reggono concetti teorici che poi si manifestano in comportamenti pratici che regolano il nostro vivere quotidiano, Noi persone comuni (nel senso di non scienziati) dovremmo sapere così dalla piccole nozioni di cui disponiamo che tutto ciò che ci circonda è regolato “soltanto” da poche centinaia di formule algebriche e trigonometriche. Anche l’aria che respiriamo.

Nobel della fisica 2022: l’annuncio

Il comitato del Nobel per la fisica ha deciso oggi di premiare Alain Aspect, John Clauser e Antoon Zeilinger “per aver dimostrato il potenziale di indagare e controllare particelle che sono in stati entangled …. Lo sviluppo di questi strumenti sperimentali ha gettato le basi per una nuova era della tecnologia quantistica”.

Nobel della fisica 2022: “l’entanglement” la strada per la vittoria

Mi preme dunque partire da quel poco che ho appreso personalmente nelle aule e nei laboratori di fisica durante la mia carriera scolastica nelle scuole superiori per cercare di spiegare in modo semplice su che cosa hanno lavorato i tre fisici per arrivare a ricevere il riconoscimento del Nobel.

Intanto cos’è la meccanica quantistica? E’ la branca della fisica che descrive il comportamento delle particelle su scala microscopica. Da qui, partiamo col dire che nel mondo regolato dalle leggi della meccanica quantistica, una particella può trovarsi in due diverse condizioni nello stesso momento, insomma una particella può “ruotare” in una direzione o nell’altra, detto Spin, ma anche in entrambe le direzioni contemporaneamente.

La condizione per cui le cose si fanno ancora più complicate si pone quando due (o più) particelle quantistiche possono essere intrinsecamente collegate tra loro (si indica come stato di entangled) in modo tale che entrambe abbiano la stessa sovrapposizione di stati allo stesso tempo.

Se si esegue, dunque una misura sulla prima particella, provocandone il collasso, (cioè un cambiamento di stato, di direzione, di rotazione, insomma un evoluzione rispetto all’inizio) per esempio, nello stato di spin su, la seconda collasserà istantaneamente, anche se è distante, nello stato di spin giù.

La sorte delle particelle, la loro natura, è insomma indissolubilmente legata, ed entrambe subiscono la medesima alterazione durante il processo di misura, anche se questo è eseguito su solo una di esse e se distanti.

L’esistenza dell’entanglement (di intersecamento o in parola povera intreccio) ha messo negli anni in crisi diversi studi di famosi scienziati, tra i quali anche Albert Einstein, che si chiedeva:

“come è possibile, si chiedeva lo scienziato tedesco, che qualcosa sia influenzato da un evento che accade altrove, senza l’invio di nessun tipo di segnale?… ma soprattutto, come è possibile che questo fenomeno avvenga istantaneamente, quando invece è impossibile trasferire informazioni a velocità superiori a quella della luce?

La meccanica quantistica è parte di una teoria, sconosciuta e molto ampia. Le particelle quantistiche incorporano dei diversi tipi di informazione che non riusciamo a misurare ma la cui esistenza giustifica il fenomeno dell’entanglement. (dell’intreccio o intersecamento tra loro).

Di qui l’ipotesi delle variabili nascoste sulle quali lavorò John Bell, scoprendo che esiste un tipo di esperimento in grado di determinare se il mondo è puramente quanto-meccanico o se può esisterne un’altra descrizione in termini di variabili nascoste, se ripetuto più volte questo esperimento, tutte le teorie con variabili nascoste devono mostrare una correlazione tra i risultati che deve essere inferiore o uguale a uno specifico valore: da qui nasce la diseguaglianza di Bell, oggetto di studi ed esperimenti.

Di qui, e siamo arrivati al punto, gli esperimenti dei tre scienziati.

Nobel della fisica 2022: gli esperimenti degli scienziati

John Clauser ha lavorato proprio sulle idee di Bell con esperimenti pratici. Ha costruito un sistema che permette ad atomi di calcio di emettere fotoni entangled dopo essere stati illuminati con una speciale luce. Prendendo le varie misurazioni ha visto che supportavano quando predetto dalla meccanica quantistica e che violavano chiaramente la disuguaglianza di Bell, a dimostrazione che la meccanica quantistica non può essere sostituita da una teoria che si basa su variabili nascoste.

Lo scienziato Alain Aspect ha sviluppato, invece un nuovo modo di eccitare gli atomi in modo tale che emettessero fotoni entangled a un ritmo ancora più elevato. Ha cambiato anche vari disposizioni sperimentali, ha dunque riorganizzato le varie fasi di lavoro nella maniera tale che il sistema non potesse contenere in anticipo informazioni in grado di influenzare i risultati finali.

Per quanto riguarda il lavoro di Anton Zeilinger, egli ha condotto ulteriori test sulle disuguaglianze di Bell, ha poi creato coppie di fotoni entangled colpendo con un laser uno speciale cristallo, e usato numeri casuali per cambiare i sistemi di misurazione.

Ha utilizzato anche segnali da galassie distanti per controllare i filtri e assicurarsi che i segnali non potessero influenzarsi a vicenda. Il suo gruppo di ricerca ha dimostrato un fenomeno chiamato teletrasporto quantistico, che rende possibile trasferire uno stato quantistico da una particella all’altra anche a distanza.