Il tocco fantasma che ferma le particelle

Ti è mai capitato di sentirti spinto da qualcosa senza che nessuno ti avesse toccato? Probabilmente no. Nel mondo di tutti i giorni non funziona così. Ma nel mondo quantistico? Lì le regole sono tutte da riscrivere.

Immagina di camminare lungo una strada e incontrare un muro. Lo eviti, gli resti largo. Eppure, in qualche modo, quel muro ti spinge comunque. Roba da pazzi, vero? Eppure è esattamente quello che succede a livello subatomico.

La ricerca di Oxford che sfida il buonsenso

Un gruppo di scienziati dell'Università di Oxford ha appena dimostrato qualcosa di incredibile. Hanno costruito un computer quantistico capace di simulare cosa succede quando una minuscola particella si ferma di colpo a causa di un campo magnetico che non ha mai toccato. Mai. La particella passava da tutt'altra parte, ma il suo comportamento è cambiato comunque.

Questo fenomeno si chiama effetto Aharonov-Bohm, e fa impazzire i fisici dal 1959.

La cosa che lascia a bocca aperta è questa: nel nostro mondo normale, per spingere qualcosa devi toccarla, almeno avvicinarti. Ma la fisica quantistica gioca con regole tutte sue. Una particella carica può essere influenzata da un "flusso magnetico" — una specie di energia magnetica invisibile — anche se viaggia in una zona dove non esiste alcun campo magnetico misurabile.

Come ci sono riusciti?

Il team di Oxford ha creato quello che chiamano un sistema quantistico ibrido. Praticamente hanno costruito un piccolo parco giochi quantistico con due componenti principali che lavorano insieme.

La prima componente sono i qubit. Sono le unità base dell'informazione quantistica, l'equivalente dei bit nei computer normali, ma infinitamente più instabili e affascinanti. Questi qubit sono stati codificati in ioni intrappolati — atomi con carica elettrica, tenuti fermi da campi elettromagnetici.

La seconda componente sono gli oscillatori quantistici, che derivano dalle vibrazioni di quegli stessi ioni intrappolati. Rappresentano il moto.

Combinando qubit e oscillatori, hanno creato un semplice anello che funziona come mattone base per qualcosa chiamato teoria di gauge su reticolo. Senza addentrarci troppo nella matematica, queste teorie aiutano i fisici a capire come la materia interagisce con le forze fondamentali dell'universo: elettromagnetismo, forza forte, forza debole.

Il vero incantesimo: l'entanglement quantistico

Ed ecco dove la faccenda si fa davvero interessante. I ricercatori hanno messo i loro qubit in uno stato di entanglement. Se hai già sentito parlare di entanglement quantistico, probabilmente sai che è quel fenomeno di "connessione" a distanza che Einstein chiamava sprezzantemente "azione fantasmatica a distanza".

In questo caso, l'entanglement ha fatto le veci del flusso magnetico che attraversava l'anello simulato. La particella è stata influenzata da qualcosa che non poteva vedere né toccare — semplicemente per come il sistema quantistico era connesso al suo interno.

Perché dovrebbe interessarti?

Ottima domanda. Il punto è questo: simulare queste interazioni quantistiche fondamentali con computer normali è un incubo. E quando dico incubo intendo che la matematica diventa così complicata che anche i supercomputer più potenti si arrendono.

Ma i computer quantistici offrono un approccio completamente diverso. Invece di cercare di calcolare tutto passo dopo passo, gli scienziati possono costruire un sistema quantistico che segue le stesse regole e semplicemente... osservare cosa succede. È come se invece di risolvere un labirinto su carta, costruissi davvero il labirinto e ci infilassi dentro un robottino per esplorarlo.

Questa ricerca dimostra che sistemi quantistici ibridi come quello costruito a Oxford potrebbero aiutarci a studiare interazioni sempre più difficili da indagare con altri metodi. E questo conta perché capire queste interazioni fondamentali potrebbe un giorno aiutarci a costruire computer quantistici migliori, comprendere i mattoni base dell'universo, o chissà — magari scoprire una fisica completamente nuova che ancora non immaginiamo.

Il punto della situazione

Non ti mentirò: roba del genere non è facile da digerire. Leggo di fisica quantistica da anni e ancora mi fa male il cervello — nel miglior modo possibile.

Ma ecco cosa mi eccita davvero: viviamo in un'epoca in cui previsioni fatte decenni fa su polverosi paper di fisica vengono finalmente testate in laboratori veri. Quando Einstein sognava le sue idee "fantasmagoriche", non immaginava minimamente che un giorno avremmo costruito macchine per esplorarle.

La prossima volta che qualcuno ti dice che la fisica è noiosa o inutile, ricorda: da qualche parte là fuori, particelle vengono spinte da forze invisibili che non hanno mai toccato. E onestamente? È una cosa piuttosto figa.