Un esperimento per “fare luce” su come funziona la luce! Il mistero della “dualità”

luce-quantistica.jpgDi cosa è fatta la luce? È una domanda semplice, che però nasconde una serie di implicazioni scientifiche molto complesse. La risposta viene dalla meccanica quantistica, la branca della fisica che studia il comportamento di oggetti microscopici come fotoni ed elettroni, ormai consolidata da più di un secolo, che per certi versi è assolutamente contro-intuitiva.  

Per esempio, predice che una particella come il fotone possa trovarsi in diverse (o addirittura infinite) posizioni nello stesso istante, esattamente come se fosse un’onda. Com’è possibile? La risposta sta nella cosiddetta dualità onda-particella, secondo la quale ogni oggetto quantistico è contemporaneamente un’onda e una particella. 

A fare un po’ di chiarezza su questo mistero, uno dei più intricati e affascinanti della fisica, è stato un gruppo di ricercatori dell’ Università di Bristol, diretti dall’italiano Alberto Peruzzo: gli scienziati hanno realizzato un esperimento in grado di misurare simultaneamente il comportamento ondulatorio e particellare del fotone. Lo studio, pubblicato sulla rivista Science, non è dei più semplici: vi si legge di non-località, entanglement e beam splitter quantistici.

 

La dualità

La dualità onda-particella dei fotoni è uno degli interrogativi più intriganti della fisica, tanto da esser stato definito «il vero mistero della meccanica quantistica» dal premio Nobel Richard Feynman. Il dibattito fra le teorie ondulatorie e particellari della luce accompagna la storia della scienza fin dagli albori. Isaac Newton nel XVII secolo era il principale sostenitore della teoria particellare, che poi però dovette cedere il passo alla teoria ondulatoria, dopo gli esperimenti di Thomas Young (all’inizio del XIX secolo) per arrivare fino alla teoria dell’elettromagnetismo di James Clerk Maxwell.

Nel 1905 fu Albert Einstein a sparigliare le carte: dimostrò che era possibile spiegare un particolare fenomeno, l’effetto fotoelettrico, tornando all’idea che la luce fosse formata di particelle, vale a dire i fotoni. Oggi la teoria quantistica spiega che la natura del fotone dipende dal mezzo di osservazione: particolari misure sperimentali possono attribuire alla luce la natura particellare, altri apparati quella ondulatoria. Il problema è che finora non è stato possibile concepire un apparato sperimentale in grado di misurare contemporaneamente la doppia natura del fotone.

 

L’esperimento

Proprio qui sta la novità introdotta dal team di Bristol. Peruzzo, Peter Shadbolt e Jeremy O’Brien del Centro di fotonica quantistica hanno fatto squadra con i teorici quantistici Nicola Brunner e Sandu Popescu per concepire uno strumento in grado di misurare simultaneamente sia il comportamento particellare che ondulatorio della luce. Peruzzo spiega che questo dispositivo si incardina su un noto principio, contro-intuitivo come gran parte della meccanica quantistica, vale a dire quello della «non-località».

La teoria quantistica va contro il principio della «località» (ciò che accade in un luogo non può influire immediatamente su ciò che accade in un altro luogo) e presenta fenomeni come l’entanglemet, vale a dire che due particelle che nascono dallo stesso processo, ciò che accade a una particella ha effetti istantanei anche sull’altra, indipendentemente dalla distanza che le separa.

 

La non-località

Il ricercatore italiano riporta che «l’apparato di misura ha rivelato forte non-località, certificando nel nostro esperimento che il fotone si è comportato simultaneamente sia come un’onda che come una particella. Ciò rappresenta una chiara confutazione dei modelli in cui il fotone è alternativamente o un’onda o una particella».

O’Brien, direttore del Centro di fotonica quantistica, aggiunge: «Per condurre questa ricerca abbiamo usato un chip fotonico, tecnologia innovativa inventata a Bristol. Il chip, che è riconfigurabile e perciò può essere programmato e controllato per realizzare circuiti diversi, è una delle tecnologie leader per la costruzione del computer quantistico». [Fonte].

Un esperimento per “fare luce” su come funziona la luce! Il mistero della “dualità”ultima modifica: 2012-11-05T16:01:37+01:00da admin
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