Un esperimento dell’Università di Vienna riproduce il fenomeno della sovrapposizione quantistica a una scala ben superiore a quella di elettroni o fotoni: una grande molecola sintetizzata ad hoc
Una particella che appare in due posti contemporaneamente: è la sovrapposizione quantistica, una delle tante stranezze della fisica subatomica. Sapevamo che qualcosa del genere può succedere per gli elettroni, i protoni, i fotoni, e persino per gli atomi. E ora grazie ai ricercatori dell’università di Vienna e dell’università di Basilea, sappiamo che può accadere anche su scala molto maggiore. Nello studio, pubblicato sulle pagine di Nature Physics, sono infatti riusciti a osservare una sovrapposizione quantistica utilizzando molecole composte da ben duemila atomi.
A livello teorico, a dirla tutta, non si tratta poi di una grande novità. La sovrapposizione, infatti, nasce dalla doppia natura delle particelle: al contempo corpuscoli, cioè di porzioni finite di materia, e onde. E se i corpi di norma possono occupare una sola porzione di spazio alla volta, le onde possono occuparne una molteplicità contemporaneamente (fenomeno con cui cerchiamo di concepire il famigerato computer quantistico). Normalmente gli effetti di questa duplice natura si osservano nel mondo delle particelle, dove la massa è infinitesima e le lunghezze d’onda più lunghe. Ma i fisici sanno da tempo che il principio vale anche per corpi di dimensioni maggiori: batteri, esseri umani, stelle e pianeti. Semplicemente, osservare la sovrapposizione in questi casi è estremamente, ma estremamente, complicato.
Lo studio ha utilizzato un impianto sperimentale molto simile a quello dei primi test con cui è stata dimostrata l’esistenza della sovrapposizione quantistica. Ma al posto degli elettroni utilizzati all’epoca, i ricercatori hanno scelto molecole che hanno dimensioni ben 25mila volte superiori a quelle di un atomo di idrogeno. Nello studio originale, gli elettroni venivano sparati contro una barriera a due fessure per osservare il risultato. Se la loro natura fosse stata unicamente quella di corpuscoli, sullo schermo posto dietro alla dietro si sarebbero infatti osservate due strisce in corrispondenza delle fessure. Quel che si osservava, invece, era un complesso spettro di interferenza: il risultato che ci si aspetterebbe nel caso di due onde, che in certi punti si sommano e in altri si annullano.
Osservare lo stesso effetto per oggetti più grandi però è difficilissimo, perché più aumentano le dimensioni, più le lunghezze d’onda diminuiscono e i pattern di interferenza diventano difficili da captare: per le molecole usate, con i loro duemila atomi, la lunghezza d’onda risultante è inferiore al diametro di un singolo atomo di idrogeno.
Qui è entrato in gioco il team di ricercatori di Basilea, che ha sintetizzato con tecniche speciali la molecola affinché fosse abbastanza grande ma anche abbastanza stabile per poterne sparare un fascio lungo due metri con un interferometro . Aumentando di fatto le probabilità di riuscire a osservare un pattern di interferenza. E in effetti, quando il fascio di molecole è stato sparato contro una serie di fogli a fessure ne è risultata un’interferenza osservabile per 7 millisecondi. Simile in tutto e per tutto a quella che si vede nel caso di piccole particelle. E per questo, i ricercatori hanno concluso che non potesse trattarsi di altro che di una sovrapposizione quantistica.
“Il nostro esperimento”, racconta Yaakov Fein che ha guidato il gruppo, “mostra che la meccanica quantistica, con tutta la sua stranezza, è anche altrettanto e sorprendentemente solida. Sono ottimista, credo che futuri esperimenti ripeteranno quanto abbiamo fatto su scale ancora più grandi”.
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