Trovato un quadrilione di soluzioni per la teoria delle stringhe
Si chiama "Teoria F", ed è una particolare branca della teoria delle stringhe che studia come interagiscono tra loro queste misteriose ...
meccanica quantistica
Facciamo un passo indietro. In fisica teorica, la teoria delle stringhe tenta, almeno ipoteticamente, di conciliare la <anchor>meccanica quantistica</anchor> con la relatività generale, e costituisce quindi un tentativo di descrivere in un unico quadro teorico il comportamento dell'intero Universo, materia e radiazione. Finora, alcuni teorici delle stringhe hanno concentrato i loro sforzi nel cercare di trovare modi per collegare la teoria delle stringhe alle proprietà già note e osservabili dell'Universo, in particolare, per l'appunto, al Modello standard della fisica delle particelle. Gran parte di questi studi ha coinvolto una versione della teoria delle stringhe in cui queste ultime interagiscono debolmente tra loro. Tuttavia, negli ultimi due decenni, lo sviluppo una nuova branca della teoria delle stringhe, la teoria F, che racchiude un insieme di teorie sulla gravitazione modificate in modo tale da estendere la relatività generale di Einstein, ha permesso ai fisici di provare a lavorare anche con stringhe fortemente interattive e accoppiate.
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Il "surrealismo" che risolve un enigma della meccanica quantistica

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23.02.2016

# Il "surrealismo" che risolve un enigma della meccanica quantistica

Risolto uno dei paradossi più complessi della meccanica quantistica, relativo a un'interpretazione del famoso esperimento della doppia fenditura

(Immagine: © Visuals Unlimited/Corbis)

I ricercatori lo hanno chiamato surrealismo quantistico. Come se la meccanica quantistica tradizionale, senza caratterizzazioni surreali di sorta, non fosse già abbastanza complessa. Si tratta di un fenomeno appena dimostrato da un’équipe dell’esperimento Cifar alla University of Toronto, guidata da Aephraim Steinberg, i cui dettagli sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances. Il punto di partenza è un paradosso legato a uno degli esperimenti più famosi della meccanica quantistica, quello della doppia fenditura, con cui si mostra che le particelle quantistiche – e in particolare i fotoni – hanno, allo stesso tempo, natura corpuscolare e natura ondulatoria. Nel momento in cui si esegue una misurazione sui fotoni, questi collassano, per usare un linguaggio caro ai fisici teorici, su una delle due nature.

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L’esperimento della doppia fenditura, in particolare, prevede che si sparino dei fotoni contro un bersaglio: secondo l’ interpretazione quantistica classica, i fotoni non seguono una vera e propria traiettoria nel percorso tra sorgente e bersaglio. Al contrario, la loro posizione è descritta da una distribuzione di probabilità che, ancora una volta, collassa istantaneamente in un dato punto ogni volta che si esegue una misura sul sistema. Nel mondo della meccanica quantistica, infatti, ogni processo di misura altera inevitabilmente il sistema fisico, perché l’apparato sperimentale interagisce con il sistema stesso e ne modifica le grandezze misurabili.

Un’altra interpretazione (quella di de Broglie e Bohm), per la precisione, sostiene che invece i fotoni seguano traiettorie reali, guidate da una cosiddetta onda pilota che accompagna la particella. La natura dell’onda è ancora probabilistica, come nell’interpretazione classica, ma la particella segue una traiettoria da sorgente a bersaglio, il che esclude l’idea del collasso in una particolare posizione. L’interpretazione di de Broglie e Bohm, per questi motivi, è detta realistica.

Già da diversi anni, l’équipe di Steinberg lavorava alla dimostrazione dell’ interpretazione realistica della meccanica quantistica. In uno studio del 2011, gli scienziati avevano mostrato di essere in grado di seguire le traiettorie dei fotoni eseguendovi una cosiddetta misura debole, che interagisse il meno possibile, e mediandola su un numero molto alto di particelle. Il risultato del lavoro fu che, in linea con le previsioni di Bohm, i fotoni seguivano traiettorie simili a palline in volo, come previsto dalla meccanica classica.

Come se la situazione non fosse abbastanza complicata, ci si è messo anche l’ entanglement. Il fenomeno per cui le proprietà di due (o più) particelle quantistiche sono intrinsecamente legate in modo che ogni misura eseguita su una di esse si rifletta istantaneamente sull’altra. Nel caso dell’esperimento del 2011, questo avrebbe voluto dire che la misura della posizione di una particella avrebbe in qualche modo inficiato l’analoga misura della sua particella entangled. Il fenomeno è stato definito, per l’appunto, traiettoria surreale.

Eccoci arrivati finalmente al presente. Nel nuovo esperimento, Steinberg e colleghi hanno dimostrato l’effettiva esistenza delle traiettorie surreali: in particolare, misurando le traiettorie delle particelle tra loro entangled, queste tornavano a essere simili alle analoghe traiettorie classiche. In ogni caso, sottolinea lo scienziato, sia l’interpretazione classica che l’interpretazione di De Broglie e Bohm sono coerenti rispetto alle evidenze sperimentali ed equivalenti dal punto di vista matematico. “Talvolta, però”, ha concluso, “è più conveniente visualizzare traiettorie reali anziché collassi di funzione d’onda”. Se lo dice lui.

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