I fotoni sono strani.
Lo sappiamo. Sono pacchetti di energia elettromagnetica senza massa. Viaggiano alla velocità della luce. Ignorano le regole che mantengono le mele sugli alberi.
Ma esiste uno specifico trucco quantistico che rompe il cervello ancor più della dualità onda-particella. Implica gli specchi. E banane. O almeno l’idea di affettare un fotone come un frutto troppo maturo.
I fisici dell’Università di Oslo hanno posto una domanda che non era mai stata posta prima. Come si tronca un fotone?
Se tagli una banana a metà, ottieni due metà. Se tagli un fotone a metà, non otterrai due fotoni.
Ti trovi in un pasticcio.
“Sorprendentemente, scopriremo che un fotone accorciato è uno stato complicato che coinvolge conteggi di fotoni fino all’infinito.”
I ricercatori hanno simulato la rimozione di un otturatore ottico, essenzialmente uno specchio, mentre un fotone si rifletteva su di esso.
Volevano vedere cosa succede quando interrompi la riflessione nel mezzo dell’atto.
L’idea sbagliata del fotone infinito
I calcoli dicono che il risultato è una sovrapposizione.
In questo stato, il fotone esiste in più stati contemporaneamente. Quando lo misuri, potresti trovare zero fotoni. Potresti trovarne alcuni. O, nell’estremo limite teorico, una quantità infinita.
Infinito. Fotoni.
Sembra impossibile. È. Ma solo a causa di un malinteso comune.
Johannes Skaar, fisico teorico dell’Università di Oslo e coautore dello studio, ha chiarito la confusione. Ha parlato con ScienceAlert dei limiti dell’esperimento.
Il numero atteso di fotoni non è infinito.
Dipende dalla velocità.
Se rimuovi lentamente lo specchio, ottieni un piccolo numero di fotoni. Se lo rimuovi rapidamente, ottieni un numero elevato. Per ottenere fotoni veramente infiniti, bisognerebbe rimuovere lo specchio in tempo zero.
Ciò richiede una velocità infinita.
La fisica non lo consente.
Perché l’energia del vuoto crea particelle reali
Quindi, puoi farlo in pratica?
SÌ.
Un altro mito è che il troncamento di un fotone sia troppo difficile da eseguire. Skaar dice che è falso.
I fotoni variano in lunghezza. Un fotone a banda stretta può allungarsi per metri. O chilometri.
Per un fotone così lungo, non è necessario un otturatore irrealisticamente veloce. Devi solo bloccare parte del suo pacchetto d’onda.
Il meccanismo è affascinante. Nella fisica classica il vuoto è vuoto. Nella meccanica quantistica, non lo è.
Lo stato di vuoto contiene energia potenziale.
Quando lo specchio viene rimosso, il processo converte l’energia del vuoto in vera energia fotonica. Il troncamento non taglia solo la luce. Crea nuova luce dal vuoto.
Quello che vedi realmente
Ecco la parte più strana.
Lo stato creato da questo troncamento è localmente equivalente agli stati più semplici, a seconda di dove si guarda.
Immagina la regione tra lo specchio e il percorso del fotone.
A sinistra di questa stretta zona di transizione, un osservatore vede un singolo fotone. Normale. Prevedibile.
A destra, un osservatore vede il vuoto. Zero fotoni. Spazio vuoto.
Ma in quella sottile regione di transizione?
È una brillante effusione di probabilità. Uno stato misto che sfugge al semplice conteggio.
Skaar ha ammesso che è complicato.
Ci ricorda che, su scala più piccola, la realtà non è solida. È fluido. È probabilistico.
Pensiamo di comprendere la luce.
Noi no.
E se provi a tagliarlo, l’universo potrebbe semplicemente regalarti l’infinito. Oppure niente.
A seconda della velocità con cui si muove lo specchio.
