SCOPERTEULISSE

Einstein aveva torto sull’azione a distanza?

80 anni dopo dimostriamo di nuovo l'azione a distanza. Ma stavolta con un fotone solo

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SCOPERTE – Sì, aveva torto, ma non è questa la novità. Che l’intuizione di Einstein a proposito della località non fosse corretta è cosa nota già dal 1964, quando il fisico John Bell pubblicò “On the Einstein-Podolsky-Rosen paradox”, secondo cui nessuna teoria a variabili nascoste, cioè nessuna prospettiva realista à la Einstein poteva riprodurre tutte le previsioni statistiche della meccanica quantistica.

Quello che un team giapponese e australiano è recentemente riuscito a fare è invece dimostrare che l’intuizione del fisico di Ulm circa la relazione a distanza era errata utilizzando un metodo sperimentale nuovo: un apparato con un solo fotone, mentre fino a oggi si era soliti usare apparati con due fotoni. In altre parole, i ricercatori sono riusciti a verificare quello che prevede la meccanica quantistica circa la relazione fra due particelle non in contatto fra di loro, usando solo una particella, un fotone. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications.

Ma facciamo un passo indietro per capire che cosa non convinceva Einstein e come aveva proposto di interpretare la questione. Lo facciamo con Antonio Masiero, vice presidente dell’INFN. Siamo negli anni Trenta del secolo scorso, e una delle grosse domande che da qualche anno stanno riempiendo pagine e pagine di corrispondenza tra i maggiori fisici sulla piazza come Einstein, Niels Bohr e Werner Heisenberg, è la seguente: come interpretare i risultati della meccanica quantistica.

Secondo Heisenberg e più in generale secondo la cosiddetta “interpretazione di Copenhagen”, “la realtà varia a seconda che noi la osserviamo o no” come scriverà nel 1958, nel suo libro “Fisica e filosofia”. Non tutti però sono d’accordo. Il dibattito fra Einstein e Bohr era cominciato già durante il Congresso Solvay del 1927 e culminerà nel 1935 con il celebre paradosso EPR, dai nomi dei suoi proponenti: Einstein, Podolsky e Rosen. Uno scritto che arguiva circa la presunta incompletezza della teoria dei quanti.

“Quello che a Einstein non tornava era il fatto che se ho due particelle lontane fra di loro, ognuna di esse acquisti una proprietà, per esempio avere lo spin in su, istantaneamente e come conseguenza del fatto che ho misurato la stessa proprietà sull’altra particella” spiega Masiero. A Einstein insomma, l’entanglement quantistico non torna. Secondo lui una particella ha una certa proprietà, indipendentemente dal fatto che io la misuri, o misuri la sua ‘gemella’. Per Einstein, come si legge nell’articolo EPR, “ciascun elemento della realtà fisica deve avere una controparte nella teoria fisica”.

“Come si diceva, già altri prima d’ora hanno mostrato che il principio di località a cui era tanto legato Einstein nella sua prospettiva realista non funziona in meccanica quantistica – spiega Masiero – ma fino a oggi sono sempre state necessarie due particelle, due fotoni come apparato sperimentale. Ora invece siamo riusciti a farlo con un solo fotone, e questo e’ un risultato senz’altro interessante.”

L’esperimento è sofisticato. “Il fotone in questione viene sparato contro uno specchio dotato di un certo grado di trasparenza, tale per cui una parte della luce viene riflessa mentre l’altra passa attraverso lo specchio. A questo punto ci sono due osservatori, uno da una parte uno dall’altra dello specchio che fanno la misura. Il risultato che è emerso è il medesimo dell’esperimento classico a due fotoni: il bello è che qui I due stati in sovrapposizione sono lo stato “presenza di un fotone” e l’altro è lo stato di vuoto, cioè lo stato “assenza del fotone” . Quando uno dei due osservatori esegue la misura fa collassare la funzione d’onda, cioè la sovrapposizione dei due stati, e quindi la misura dirà se c’è o non c’è il fotone dalla parte dello specchio in cui si trova l’osservatore che fa la misura. Istantaneamente, dall’altra parte dello specchio, questo collasso della funzione d’onda produce il risultato opposto; l’esperimento mostra che è proprio la misura del primo osservatore che produce il collasso sullo stato di esistenza o di assenza del fotone. Non è dunque una situazione predeterminata quando il fotone incontra lo specchio” continua Masiero.

Un discepolo di Einstein potrebbe obiettare che in realtà quello che accade è che alcune volte il fotone passa attraverso lo specchio mentre altre volte viene riflesso. “Per ovviare a questa obiezione, il team ha fatto una cosa ancora più sottile” conclude Masiero. “Ha realizzato uno strumento che da una parte dello specchio esegue la verifica circa la presenza o meno del fotone, dall’altra permette di fare una sorta di ‘tomografia’ dell’evento.”

Anche se qui, essendoci una sola particella, non stiamo parlando di entanglement quantistico di due particelle, questo esperimento rappresenta un’ulteriore conferma del fatto che la realtà microscopica è una sovrapposizione di stati, in questo caso di fotone e assenza di fotone. Per riprendere Heisenberg, “la realtà (quantistica) varia a seconda che noi la osserviamo o no”.

@CristinaDaRold

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Cristina Da Rold
Giornalista freelance e consulente nell'ambito della comunicazione digitale. Soprattutto in rete e soprattutto data-driven. Lavoro per la maggior parte su temi legati a salute, sanità, epidemiologia con particolare attenzione ai determinanti sociali della salute, alla prevenzione e al mancato accesso alle cure. Dal 2015 sono consulente social media per l'Ufficio italiano dell'Organizzazione Mondiale della Sanità. Il mio blog: www.cristinadarold.com Twitter: @CristinaDaRold

6 Commenti

  1. […] I ricercatori hanno analizzato 380 000 pubblicazioni dall’archivio dell’American Physical Society e 22,4 milioni da Web of Science, un enorme dataset che ha raccontato loro la storia di paper (dimenticati) di oltre un secolo. “Lo studio fornisce l’evidenza empirica del fatto che un paper può davvero precorrere il suo tempo”, commenta Alessandro Flammini, professore associato di informatica e correspondent author della pubblicazione. “Un argomento ‘prematuro’ potrebbe non riuscire ad attirare l’attenzione persino quando viene presentato da autori che hanno già costruito una reputazione scientifica importante”, un po’ come Einstein (“ripescato” anche di recente). […]

  2. Vorrei puntualizzare che Bell non ha detto che Einstein aveva torto, ma ha invece mostrato come potesse essere possibile attraverso degli esperimenti stabilire se aveva torto. Sono stati questi esperimenti, eseguiti anni dopo, a farlo.

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