Il gatto che ha cambiato tutto (e perché non possiamo essere come lui)

Vi è mai capitato di parlare a qualcuno di fisica quantistica per la prima volta? Gli occhi si spalancano, le sopracciglia si aggrottano, e praticamente potete vedere i loro pensieri: "Ma questo ha letto troppi romanzi di fantascienza?"

Anch'io, sai? Succede spesso.

Ma il punto è che la meccanica quantistica è davvero strana. E intendo davvero strana. Il fatto che viviamo in un mondo dove questi effetti bizzarri sembrano semplicemente... svanire... è uno dei più grandi misteri della fisica.

Il gatto di Schrödinger, ricordi?

Facciamo un ripasso. Il povero gatto di Schrödinger. Probabilmente ricordi l'idea di base: il fisico austriaco Erwin Schrödinger propose un esperimento mentale dove un gatto chiuso in una scatola sigillata è sia vivo che morto allo stesso tempo, fino a quando non apriamo la scatola per controllare.

È una semplificazione (Schrödinger in realtà voleva criticare certe interpretazioni della meccanica quantistica), però l'idea coglie qualcosa di vero. Le particelle possono esistere in combinazioni di stati chiamate "sovrapposizioni" — un po' come quando una moneta è sia testa che croce mentre gira in aria, ma ancora più strano.

Ecco la domanda da un milione: se atomi e particelle possono stare in questi stati di sovrapposizione, perché un gatto no? Perché noi non possiamo? Perché tutta questa stranezza quantistica sembra svanire quando passiamo al mondo quotidiano che conosciamo?

Quando la stranezza svanisce

I fisici hanno un termine per questo dissolvimento: decoerenza. È il processo attraverso cui gli effetti quantistici vengono gradualmente cancellati quando i sistemi interagiscono con l'ambiente. Ma c'è una verità scomoda: nessuno capisce davvero il meccanismo completo di come e perché succeda.

Un'idea che gira da decenni coinvolge la gravità. Il ragionamento è più o meno questo: forse la relatività generale di Einstein — la sua teoria su come funziona la gravità — crea piccolissime oscillazioni inevitabili nel tessuto dello spazio-tempo. Queste fluttuazioni potrebbero scuotere gradualmente le sovrapposizioni quantistiche fino a farle crollare.

È un'idea piuttosto intuitiva, onestamente. La gravità è ovunque, giusto? Influenza tutto. Quindi forse è lei la responsabile della scomparsa della stranezza quantistica alla nostra scala.

L'esperimento

Bene, un team di ricercatori ha appena messo alla prova questa idea. E dove l'hanno fatto? Sottoterra. Molto sottoterra.

Il laboratorio nazionale INFN Gran Sasso in Italia si trova sotto circa 1,4 chilometri di roccia. È più o meno la profondità necessaria per sfuggire alla maggior parte delle radiazioni che ci bombordano dallo spazio ogni secondo. È uno dei posti più silenziosi sulla Terra per esperimenti di fisica sensibili.

I ricercatori hanno usato un rivelatore costruito attorno a un cristallo di germanio — più o meno delle dimensioni di una tazza da caffè. L'hanno schermato con strati di rame e piombo, creando sostanzialmente un piccolo santuario per la fisica.

L'idea era ingnosa: se lo spazio-tempo ha davvero queste piccole fluttuazioni come previsto, dovrebbero far vibrare le particelle caricate elettricamente, che emetterebbero una debole radiazione elettromagnetica. Quella radiazione dovrebbe essere rilevabile — anche se debolissima.

Quindi hanno osservato. E aspettato. Hanno raccolto dati per 62 giorni consecutivi, tenendo conto attentamente di ogni minima radiazione di fondo attesa.

Cosa hanno trovato?

Niente.

Il niente può essere qualcosa

Ora, so cosa stai pensando. "Non hanno trovato niente? Che delusione."

Ma aspetta — questa è in realtà una notizia importante. Quando fai fisica fondamentale, escludere idee sbagliate è altrettanto cruciale quanto trovarne di nuove. Pensa a fare debug di un codice, tranne che il codice è l'universo e stiamo cercando di capire quali istruzioni matematiche lo governano.

Non trovando nessun segnale, il team ha di fatto escluso uno dei modelli più vecchi e naturali di decoerenza indotta dalla gravità. Il modello di Károlyházy — proposto negli anni '60 — è stato significativamente vincolato dai dati sperimentali.

"Ogni approccio alla gravità quantistica finisce per prevedere l'esistenza di una lunghezza minima legata all'incertezza nella misurazione dello spazio-tempo," ha spiegato Kristian Piscicchia, uno dei ricercatori del progetto. Questo esperimento sta aiutando a restringere quali di questi approcci potrebbero realmente descrivere la realtà.

Cosa significa?

Ecco la mia opinione: la fisica è più emozionante quando sta eliminando possibilità. Non stiamo semplicemente brancolando nel buio — stiamo metodicamente scartando i percorsi sbagliati. E questo ci avvicina alla risposta giusta, anche quando non l'abbiamo ancora trovata.

Il mistero del perché gli effetti quantistici svaniscono nel nostro mondo macroscopico resta irrisolto. Ma ora sappiamo che una particolare versione della spiegazione basata sulla gravità non è quella giusta. La ricerca continua, ma è una ricerca più ristretta ora.

Come ha detto Catalina Curceanu, una delle ricercatrici principali: "Questa assenza di segnale è essa stessa un risultato scientifico majeure."

Non potrei essere più d'accordo. La scienza non è sempre trovare cose nuove — a volte significa dire con sicurezza "no, non questa". Ed è esattamente quello che è successo qui.

Quindi la prossima volta che qualcuno ti chiede del gatto di Schrödinger, puoi raccontargli che: stiamo lentamente, metodicamente, scoprendo perché quel gatto è sempre vivo o morto, mai entrambi. E lo stiamo facendo escludendo le spiegazioni sbagliate, un esperimento alla volta.

Non è fantastico?