Per molto tempo si è creduto che le leggi della meccanica quantistica si applicassero solo a piccoli oggetti come i fotoni. Tuttavia, i fisici hanno dimostrato che corpi molto grandi (per gli standard del mondo molecolare) possono obbedire a queste regole.
Probabilmente hai sentito più di una volta dell'esperimento mentale, che è stato formulato dal fisico austriaco Erwin Schrödinger - quello con un gatto, una scatola e un isotopo radioattivo. Secondo le condizioni sperimentali, un gatto può essere contemporaneamente morto e non morto, cioè è in uno stato di una sorta di incertezza quantistica - "sovrapposizione". Ebbene, gli scienziati non hanno messo i gatti in scatole, hanno semplicemente eseguito lo stesso esperimento con un'enorme molecola di 2.000 atomi.
La sovrapposizione quantistica è stata testata innumerevoli volte su piccoli sistemi ei fisici hanno dimostrato con successo che le singole particelle possono trovarsi in due posti contemporaneamente. Ma su una scala simile, questo tipo di esperimento non è mai stato fatto prima.
Questo esperimento consente ai ricercatori di affinare le ipotesi della meccanica quantistica e di comprendere meglio come funziona effettivamente questo misterioso ramo della fisica, nonché come le leggi della meccanica quantistica si combinano con le leggi più tradizionali e su larga scala della fisica classica. "I nostri risultati mostrano un eccellente accordo con la teoria quantistica e non possono essere spiegati in termini di fisica classica", sostengono i ricercatori nel loro articolo.
In particolare, la nuova ricerca include l'equazione di Schrödinger, che descrive come anche le singole particelle possono comportarsi come onde e apparire in più luoghi contemporaneamente. Il modo più semplice per descrivere la loro interazione è come le increspature in uno stagno in cui hai lanciato più pietre contemporaneamente.
Per dimostrare la loro ipotesi, gli scienziati hanno organizzato un esperimento con due fenditure, un'esperienza ben nota ai fisici quantistici. Di solito consiste nel proiettare singole particelle di luce (fotoni) attraverso due fenditure. Se i fotoni si comportassero come particelle, la proiezione di luce risultante dall'altra parte mostrerebbe solo una striscia. Ma in realtà, la luce proiettata dall'altra parte mostra uno schema di interferenza: molte bande che interagiscono come onde. Come puoi vedere, la prova non richiede nemmeno hardware super sensibile.
Schema sperimentale.
Ci sembra che i fotoni siano in due posti contemporaneamente, come il gatto di Schrödinger. Ma, come molte persone sanno, un gatto è in due stati finché non ha un osservatore esterno. Quando la scatola viene aperta, lo stato del gatto diventa certo: è vivo o morto.
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È lo stesso con i fotoni. Non appena la luce viene misurata o osservata direttamente da una persona, la sovrapposizione scompare e lo stato del fotone viene fissato. Questo è uno dei principali misteri alla base di tutta la meccanica quantistica.
I ricercatori hanno ripetuto l'esperimento con due fenditure, ma invece di usare i fotoni, hanno usato elettroni, atomi e piccole molecole. Ma ora i fisici hanno dimostrato che enormi molecole obbediscono alle stesse regole! Il team ha utilizzato enormi gruppi di atomi costituiti da 2.000 "parti" per creare schemi di interferenza quantistica come se si comportassero come onde e si trovassero in più di un posto contemporaneamente.
Queste molecole colossali sono conosciute come "oligotetrafenilporfirine arricchite in catene fluoroalchilsolfaniche" e alcune di esse erano 25.000 volte la massa degli atomi di idrogeno. Ma man mano che le dimensioni delle molecole crescono, diventano anche meno stabili, quindi gli scienziati sono stati in grado di interferire con loro solo per sette millisecondi alla volta utilizzando un'apparecchiatura di nuova concezione: un interferometro di materia ondosa. Anche fattori come la rotazione della Terra e l'attrazione gravitazionale degli atomi stessi dovevano essere presi in considerazione. Ebbene, ne è valsa la pena.
Ora sappiamo che le regole della meccanica quantistica si applicano non solo a piccoli oggetti come i fotoni, ma anche a corpi molto più grandi. Il record precedente era una molecola di soli 800 atomi: si credeva che questo fosse il limite dopo il quale, al posto delle leggi della fisica quantistica, iniziano a funzionare le leggi della fisica classica. Ma non è finita qui: la squadra è fiduciosa che molto presto riuscirà a stabilire un nuovo record.
Vasily Makarov
