I fisici hanno infranto i record precedenti ponendo con successo un collettivo di 7.000 atomi di sodio in uno stato quantistico simile al gatto di Schrödinger, avvicinando le realtà controintuitive della meccanica quantistica all’osservazione quotidiana. L’esperimento, dettagliato su Nature del 21 gennaio, dimostra che il comportamento bizzarro, una volta confinato alle particelle subatomiche, può ora essere osservato in sistemi sempre più grandi, sebbene ancora microscopici.
Sovrapposizione quantistica: oltre il subatomico
Fondamentalmente, la svolta è incentrata sulla sovrapposizione quantistica, il fenomeno in cui una particella esiste in più stati simultaneamente finché non viene misurata. Questo concetto, notoriamente illustrato dall’esperimento mentale di Schrödinger che coinvolge un gatto in una scatola (sia vivo che morto finché non viene osservato), è stato a lungo compreso teoricamente, ma dimostrarlo con oggetti sempre più macroscopici è stata una sfida persistente.
Il team guidato da Sebastian Pedalino dell’Università di Vienna ha sparato un raggio di nanoparticelle di sodio attraverso una stretta fenditura. A differenza delle particelle classiche che passavano direttamente attraverso, le nanoparticelle mostravano uno schema di interferenza – un segno rivelatore che si stavano comportando sia come onde che come particelle, esistenti in più punti contemporaneamente. Il risultato spinge i confini di ciò che prima era considerato possibile, stabilendo un nuovo record per l’oggetto più grande osservato in questo stato.
Perché è importante: decoerenza e divario quantistico-classico
L’ostacolo principale all’osservazione della sovrapposizione in sistemi più grandi è la decoerenza. Il mondo quantistico è fragile; anche piccole interazioni con l’ambiente causano il collasso della sovrapposizione, costringendo una particella in un unico stato definito. Gli oggetti più grandi interagiscono più facilmente con l’ambiente circostante, rendendo eccezionalmente difficile la sovrapposizione sostenuta.
Il successo di questo esperimento dipende dall’isolamento delle nanoparticelle di sodio per ridurre al minimo la decoerenza. Il lavoro del team è significativo perché non conferma solo che la sovrapposizione esiste su scala più ampia; fornisce un percorso per studiare sistemi più complessi, comprese potenzialmente molecole biologiche, negli stati quantistici. Ciò potrebbe rivoluzionare campi come la biochimica e la scienza dei materiali consentendo ai ricercatori di indagare sulle loro proprietà fondamentali in modi completamente nuovi.
La lunga strada verso l’interferenza
Pedalino ha raccontato due anni di risultati inconcludenti prima di osservare finalmente la figura di interferenza. “Per due anni ho cercato linee piatte”, ha detto. La svolta è arrivata inaspettatamente, con la linea piatta sui loro rilevatori che si è allargata nella firma inconfondibile di un’onda quantistica.
Il team ha quantificato la “macroscopicità” delle nanoparticelle a 15,5, superando significativamente i record precedenti. Ciò suggerisce che il confine tra il mondo quantistico e quello classico non è fisso ma può essere ulteriormente spinto con tecniche sperimentali migliorate.
“La meccanica quantistica in sé non pone limiti. Ed è ciò che stiamo testando.” – Sebastian Pedalino, Università di Vienna
Il successo di questo esperimento rappresenta un passo fondamentale verso la comprensione della natura fondamentale della realtà. Ampliando la scala alla quale possono essere osservati i fenomeni quantistici, i ricercatori si stanno avvicinando alla scoperta di uno dei misteri più duraturi della fisica. La capacità di studiare sistemi più grandi e complessi in sovrapposizione promette una nuova era di scoperte scientifiche.
