Molti conosceranno il famoso gatto di Schrödinger, se non per cultura anche per sentito dire o perchè riferimenti ne sonostati fatti anche nella fomosa serie comica/scinetifica The Big Bang Theory, la cui prima puntata si apre proprio con il citare tale esperimento mentale.

Tale esperimento, idea da Schrodinger nel 1935, riguarda l’omonimo felino posto in una scatola  insieme ad una fonte radioattiva e ad una dose di veleno che si attiva nel caso in cui un atomo della sostanza radioattiva decade. La teoria della superposizione dei quanti suggerisce che, finché qualcuno non apra la scatola, il gatto possa essere contemporaneamente sia vivo che morto. Tale eseprimento mentale è spesso usato per illustrare il paradosso multi-stato della meccanica quantistica.

Bene, ora gli scienziati sono riusciti ad applicare quella teoria a enormi molecole composte da 2.000 atomi.

La sovrapposizione quantistica è stata testata innumerevoli volte su sistemi più piccoli, con i fisici che hanno dimostrato con successo che le singole particelle possono trovarsi in due punti contemporaneamente. Ma questo tipo di esperimento non è mai stato condotto su questa scala prima d’ora.

Quello che l’esperimento fa è consentire agli scienziati di affinare le ipotesi della meccanica quantistica e capire di più su come funziona questo ramo della fisica particolarmente strabiliante – e su come le leggi della meccanica quantistica si uniscono alle leggi più tradizionali (su più ampia scala) della fisica.

I nostri risultati mostrano un eccellente accordo con la teoria dei quanti e non possono essere spiegati in modo classico“, affermano i ricercatori nel loro articolo pubblicato su Nature Physic.

In particolare, il nuovo studio coinvolge l’equazione di Schrödinger (sì, di nuovo lui), che descrive come anche singole particelle possano anche agire come onde in più punti contemporaneamente, interferendo tra loro proprio come increspature su uno stagno.

Per testarlo, gli scienziati hanno avviato un esperimento a doppia fenditura, un esperimento molto familiare ai fisici quantistici.

Tradizionalmente, comporta la proiezione di singole particelle di luce (fotoni) attraverso due fenditure. Se i fotoni si comportassero semplicemente come particelle, la risultante proiezione di luce sull’altro lato mostrerebbe semplicemente una banda. Ma in realtà, la luce proiettata sull’altro lato mostra un modello di interferenza: più bande che interagiscono, dimostrando che anche le particelle di luce possono agire come onde.

(Johannes Kalliauer / Wikimedia, CC-BY-SA 3.0)

Sembra che i fotoni si trovino in due punti contemporaneamente, proprio come il gatto di Schrödinger. Ma come molti di noi sanno, il gatto è solo in due stati mentre rimane inosservato. Non appena la scatola è aperta, viene confermata come viva o morta, non entrambe.

È lo stesso con i fotoni. Non appena la luce viene misurata o osservata direttamente, questa sovrapposizione scompare e lo stato del fotone è bloccato. Questo è uno degli enigmi nel cuore della meccanica quantistica.

Questo stesso esperimento a doppia fenditura è stato fatto con elettroni, atomi e molecole più piccole. E ora i fisici dimostrano che si applica anche a molecole enormi.

In questa versione dell’esperimento a doppia fenditura, il team è stato in grado di utilizzare queste molecole pesanti, composte da un massimo di 2.000 atomi, per creare schemi di interferenza quantica, come se si comportassero come onde e si trovassero in più di un posto.

Le molecole sono conosciute come “oligo-tetrafenilporfirine arricchite con catene fluoroalchilsulfanil” e alcune erano oltre 25.000 volte la massa di un atomo di idrogeno.

Ma man mano che le molecole diventano più grandi, diventano anche meno stabili e gli scienziati sono stati in grado di farle interferire solo per sette millisecondi alla volta, utilizzando un dispositivo di nuova concezione chiamato interferometro a onda di materia (progettato per misurare gli atomi lungo percorsi diversi ).

Anche fattori come la rotazione terrestre e l’attrazione gravitazionale dovevano essere presi in considerazione. Ne è valsa la pena, tuttavia: ora sappiamo che queste molecole giganti possono trovarsi in due punti contemporaneamente, così come atomi molto più piccoli.

Poiché la meccanica quantistica entra tradizionalmente in gioco su scale molto piccole e la fisica classica su scale più grandi, più grandi sono le molecole che possiamo far lavorare con l’esperimento a doppia fenditura, più ci avviciniamo a quella linea di confine quantistica-classica. Un precedente record per questo tipo di studio ha coinvolto molecole di dimensioni fino a 800 atomi.

I nostri esperimenti dimostrano che la meccanica quantistica, con tutta la sua stranezza, è anche straordinariamente robusta e sono ottimista sul fatto che i futuri esperimenti lo testeranno su una scala ancora più massiccia“, afferma il fisico Yaakov Fein , dell’Università di Vienna, in Austria.

La ricerca è stata pubblicata su Nature Physics. Fonte: scinezealert.com