L’imprescindibile legame quantistico fra gatti e scatole

Si sa che i gatti amano le scatole, ma il felino protagonista della nostra storia probabilmente sfugge a questa regola.

Prendete un qualsiasi gatto, mettetelo in una scatola d’acciaio insieme ad una macchina infernale che si aziona, rilasciando veleno, se anche un solo atomo della sostanza radioattiva in essa contenuta decade. Fate in modo che il gatto non possa giocherellare con il congegno né, tantomeno, uscire dalla scatola. Dopo circa un’ora, sapreste dire in che stato è il malcapitato felino?

Se vi suona familiare è perché ho ricalcato il famosissimo esperimento del gatto di Schrödinger, sicuramente il più popolare dei paradossi nella fisica quantistica.

Giacché si parla di fisica quantistica e di esperimento mentale si possono rilassare i “gattari”, nessun felino ha mai preso parte ad un reale esperimento di questo tipo!

Nonostante la sua notorietà non tutti saprebbero spiegarlo con parole semplici, cosa che ho constatato personalmente durante gli studi. Mettiamo alla prova questa rubrica e vediamo se ci riusciamo..

La quantistica è la parte della fisica che studia le leggi valide per le particelle elementari. Secondo la più condivisa fra le interpretazioni della meccanica quantistica, anche detta ortodossadi Copenhagen, il comportamento di una di queste particelle (neutroni, elettroni, fotoni..) non è prevedibile con esattezza, ma solo in modo probabilistico: possiamo essere certi che un atomo di uranio decadrà emettendo radiazioni, ma non possiamo dire in nessun modo quando questo accadrà.

Se non è possibile osservare il comportamento dell’atomo radioattivo, quest’ultimo si trova in una sovrapposizione di stati, ovvero è nello stesso momento sia decaduto che non decaduto e così rimarrà fino al momento in cui l’osservazione diretta lo farà uscire da tale ambigua situazione.

L’immediata difficoltà nella comprensione della faccenda è data dal fatto che questa limitazione non esiste invece per i sistemi macroscopici, cioè composti da milioni di atomi, a cui siamo abituati nella vita di tutti i giorni. Spesso bastano pochi dati per sapere con esattezza che cosa e quando accadrà, in ambito macroscopico.

L’esperimento di Schrödinger mescola i due mondi, quello quantistico e quello macroscopico.

Si deve, quindi, immaginare in una scatola sigillata contenente un meccanismo costituito da una fiala di cianuro sulla linea di tiro di un martelletto a sua volta collegato ad un contatore Geiger (un rivelatore di particelle in grado di segnalare il decadimento) ed una minuscola quantità di materiale radioattivo. E, ovviamente, un gatto.

La sostanza radioattiva è in quantità così minima che nell’arco di un’ora c’è il 50% di probabilità che un atomo sia decaduto e un 50% di probabilità che non sia accaduto nulla.

Nel momento in cui il materiale radioattivo decade, il contatore si attiva e aziona il martelletto. La fiala si rompe ed addio micetto.

Questo se e quando un atomo del materiale radioattivo decadrà.

By ADA&Neagoe - self-made, GFDL, https://en.wikipedia.org/w/index.php?curid=15224116

By ADA&Neagoe – self-made, GFDL, https://en.wikipedia.org/w/index.php?curid=15224116

Con questo esperimento, Erwin Schrödinger, ha sostanzialmente collegato lo stato dell’atomo al destino del gatto, a scatola chiusa avremmo, quindi, un contatore geiger attivato e non attivato, una fiala di cianuro sia rotta che integra e un gatto sia vivo che morto. Questo finché nessuno apre la scatola per guardare dentro, ossia effettua una misurazione.

Il significato del paradosso è che esiste la possibilità teorica di trasferire a un oggetto macroscopico l’indeterminatezza che caratterizza gli oggetti microscopici.

Il premio Nobel austriaco intendeva, infatti, evidenziare i risultati paradossali che può avere l’applicazione della meccanica quantistica ad un essere vivente, che, come nel caso del gatto, può ritrovarsi in uno stato di correlazione quantistica (entanglement) con una particella. Secondo l’interpretazione di Copenhagen, infatti, due sistemi fisici che interagiscono fra loro devono essere considerati come un sistema unico, descritto da un unico stato quantico intrecciato (o “entangled”). Schrödinger cercava di chiarire l’idea della sovrapposizione di stati nella meccanica quantistica.

A ben vedere, secondo la teoria della decoerenza quantistica il gatto non sarebbe mai in stato di sovrapposizione, perché la sostanza radioattiva interagirebbe immediatamente con il contatore Geiger e sarebbe obbligata a scegliere uno stato e quindi il gatto sarebbe sempre o solo vivo o solo morto.
Nell’interpretazione di Copenhagen che abbiamo visto, invece, solo al momento dell’osservazione potremo avere la scelta di uno stato piuttosto che di un altro. 

Stiamo pensando tutti la stessa cosa, un mondo in cui se non osservo il gatto, esso è sia vivo che morto è un mondo molto strano.

Tanto per rendere le cose più semplici, pare che l’ipotetico gatto, mentre è contemporaneamente morto e vivo (una specie di zombie) può anche trovarsi in due scatole. Uno studio pubblicato su Science ad opera di un team capitanato da Chen Wang della Yale University ci racconta di come siano riusciti a “mettere il gatto di Schrödinger in due scatole”.

Il felino, in questo caso, è rappresentato da onde elettromagnetiche che, come lui, si trovano in una sovrapposizione di stati, originariamente poste in una cavità. A questa i ricercatori hanno collegato una cavità gemella, in questo modo i due insiemi mantenevano stati quantistici tra loro sovrapposti e, come le misurazioni hanno confermato, lo stato quantistico del gatto è condiviso fra le due scatole. “Abbiamo due piccoli gattini di Schrödinger”, ha detto Wang, “in due scatole diverse.

Io preferisco immaginarli così:

cats-boxes

Penso si possa tranquillamente affermare che nessuno capisce la meccanica quantistica. (Richard Feynman)

Serena Piccardi

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
0 Commenti

Lascia una risposta

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

*

©2017 virgoletteblog.it ideato da Filippo Piccini sito web realizzato da Riccardo Spadaro

Log in with your credentials

Forgot your details?