Un'ulteriore conferma della meccanica quantistica
Oggi la fisica è convinta che Albert Einstein avesse torto ad essere scettico nei confronti della meccanica quantistica. Lo conferma anche il Big Bell Test, a cui hanno partecipato nel novembre 2016 Chi siamo, oltre 100.000 persone in tutto il mondo.
La fisica quantistica è una scienza popolare. Almeno questo è ciò che suggerisce il Big Bell Test, a cui Chi siamo ha partecipato il 30 novembre 2016 da tutto il mondo. In questa giornata, dodici istituzioni scientifiche, tra cui l'ETH di Zurigo, hanno indagato su una questione su cui Niels Bohr e Albert Einstein avevano già discusso negli anni Trenta. Come riportano i ricercatori nell'attuale numero della rivista "pagina esternaLa natura"L'esperimento ha confermato, ancora una volta, il punto di vista di Nils Bohr.
Strano mondo quantistico
Il punto di partenza del dibattito tra i due famosi fisici è stato il fatto che la meccanica quantistica postula fenomeni che vanno completamente contro la nostra esperienza quotidiana. Mentre Bohr era in grado di accettare gli strani aspetti del mondo quantistico, Einstein trovava difficile accettare l'idea che, ad esempio, le proprietà degli oggetti cambiano non appena vengono osservati.
Nel 1964, il fisico britannico John Bell riuscì a descrivere formalmente in termini matematici la controversia di rilevanza filosofica. Ciò permise di verificare sperimentalmente la tesi di Einstein secondo cui la meccanica quantistica non era ancora completa. Negli ultimi decenni sono stati effettuati diversi cosiddetti test di Bell. Tutti si sono rivelati a favore di Nils Bohr.
Persone invece di macchine
Ma la fisica è una persona testarda. Ed erano infastiditi dal fatto che gli esperimenti precedenti lasciavano ancora aperta un'importante falla. Il test proposto da Bell presuppone che le misurazioni vengano effettuate in modo casuale. Ma cosa succede se la macchina che genera la casualità sembra funzionare solo in modo casuale? In questo caso il risultato sembrerebbe confermare la meccanica quantistica e quindi Einstein potrebbe ancora avere ragione.
È proprio questa lacuna che il Big Bell Test dovrebbe ora colmare. L'idea è che la casualità non sia più generata da una macchina, ma dagli esseri umani. L'ipotesi è che essi abbiano il libero arbitrio e siano quindi in grado di generare autonomamente numeri complessivamente casuali.
Per il Big Bell Test, i ricercatori hanno sviluppato un gioco online che almeno 30.000 persone in tutto il mondo sono state invitate a giocare il giorno del test. In questo gioco, i giocatori dovevano generare una sequenza casuale di numeri - più casuale era la sequenza, più successo avevano nel gioco. I numeri casuali così generati sono serviti come punto di partenza per gli esperimenti di fisica quantistica nei dodici laboratori partecipanti.
Grande effetto di sensibilizzazione
Per Andreas Wallraff, professore di fisica dello stato solido, il fatto che più del triplo delle persone abbia partecipato a questo esperimento è un grande successo. Chi siamo è anche soddisfatto dell'effetto collaterale positivo dell'esperimento su larga scala: "Siamo anche riusciti a far conoscere alle persone le basi della fisica quantistica attraverso il gioco online. Abbiamo così dato un importante contributo al trasferimento delle conoscenze".
Insieme al suo postdoc Christian Kraglund Andersen e al suo dottorando Johannes Heinsoo, Wallraff ha partecipato al Big Bell Test con un esperimento di fisica dello stato solido. "Per il nostro contributo abbiamo utilizzato un circuito superconduttore che abbiamo sviluppato interamente all'ETH di Zurigo", spiega Andersen. "I ricercatori di Zurigo hanno effettuato un totale di 8 milioni di misurazioni. La conclusione: le particelle si comportano come previsto dalla meccanica quantistica.
Altre grandi cooperazioni
Sebbene il gruppo abbia utilizzato un circuito consolidato per il test Big Bell, la realizzazione dell'esperimento è stata comunque una sfida. "L'esperimento è durato in tutto 48 ore", riferisce Heinsoo. "Abbiamo dovuto installare l'intero apparato per un giorno specifico, in modo che le misurazioni potessero essere effettuate in modo completamente automatico. È stata la prima volta per noi in questa forma e alla fine ha comportato uno sforzo maggiore di quanto pensassimo inizialmente".
Tuttavia, il Big Bell Test è stato significativo per i ricercatori del Fare ricerca all'ETH anche per un altro aspetto. "Finora, gli esperimenti di fisica quantistica tendevano a essere condotti in piccole partnership", spiega Wallraff. "In futuro, però, noi fisici quantistici lavoreremo sempre più spesso insieme in grandi collaborazioni". Il ricercatore pensa anche al Quantum Technology Flagship Programme dell'Unione Europea, del valore di un miliardo di euro, che mira a sviluppare tecnologie commercialmente valide basate sulla fisica quantistica nei prossimi dieci anni.
Letteratura di riferimento
The BIG Bell Test Collaboration: Abellán C et al. Challenging local realism with human. Nature, pubblicazione online il 10 maggio 2018. doi: 10.1038/s41586-018-0085-3