La sovrapposizione quantistica è il fenomeno fisico per cui un oggetto quantistico si trova in più posizioni contemporaneamente fino a quando non interagisce con qualcos’altro, e la sua funzione d’onda collassa in un singolo punto. Di norma entra in gioco quando i fisici lavorano su particelle subatomiche, ma un nuovo esperimento descritto su Nature potrebbe riscrivere le regole del gioco: gli autori hanno infatti messo in sovrapposizione quantistica particelle di oltre otto nanometri, dimostrando che in futuro potrebbe rivelarsi possibile fare lo stesso con altri oggetti di dimensioni paragonabili, come virus e proteine.
Dove finisce il mondo quantistico?
La fisica quantistica descrive le leggi, spesso controintuitive, che regolano il comportamento della materia e dell’energia a livello microscopico, dove il mondo è fatto di particelle – atomi, elettroni, protoni – e la fisica classica smette di funzionare. A dirla tutta, non è detto che le stranezze della fisica quantistica siano necessariamente assenti a scale maggiori: semplicemente, aumentando le dimensioni della materia aumentano anche le probabilità che questa interagisca con l’ambiente, smettendo di comportarsi come un’onda, per un fenomeno noto come decoerenza quantistica.
Per questo, ci si chiede da decenni se esista un limite massimo alle dimensioni per essere governati dalle leggi quantistiche o se sia solo una questione di isolamento dall’ambiente. È per rispondere a simili domande che nasce l’esperimento descritto su Nature. I ricercatori dell’università di Vienna hanno creato un raggio di nanoparticelle formate (ognuna) da 7mila atomi di sodio e con un diametro di otto nanometri, mantenute a -196 gradi nel vuoto quasi assoluto. In questo modo, le chance che le nanoparticelle interagissero con l’ambiente erano quasi nulle.
L’esperimento
I fisici hanno quindi utilizzato un interferometro a onde di materia per vedere se, effettivamente, le nanoparticelle rimanessero in uno stato di sovrapposizione quantistica. L’interferometro in questione è formato da tre “griglie” di raggi laser, che agiscono come reticoli di diffrazione per il fascio. Se le nanoparticelle si fossero comportate come onde, ciascuna di esse avrebbe dovuto interferire con sé stessa (sommandosi o annullandosi come fanno le onde), permettendo di rilevare un pattern riconoscibile utilizzando un sensore finale. Se invece si fossero comportate come particelle, avrebbero dovuto attraversare la fessura, o rimbalzare contro le sue pareti, senza generare interferenza.
Onde macroscopiche
Ovviamente, le nanoparticelle si sono comportate come onde. Si tratta di un record: le dimensioni delle nanoparticelle sono 10 volte superiori a quelle delle più grandi mai messe precedentemente in sovrapposizione quantistica. Andare oltre sarà difficile, perché particelle più grandi hanno lunghezze d’onda più corte, che rendono sempre più difficile distinguere la sovrapposizione quantistica con gli strumenti oggi disponibili.
Ad ogni modo, i risultati odierni sono già particolarmente importanti. Per prima cosa, le dimensioni raggiunte dall’esperimento renderebbero possibile mettere in sovrapposizione quantistica molecole biologiche come virus e proteine, e gli autori dell’esperimento sono già al lavoro per farlo. Il nuovo record rafforza inoltre l’ipotesi che effettivamente non esista un limite fisico alle dimensioni in cui la materia segue le regole della fisica quantistica, ma solo difficoltà crescenti di osservare i comportamenti quantistici legate al fatto che la materia macroscopica interagisce costantemente con l’ambiente.
