Il realismo locale non c’è più
Un esperimento ha violato in modo definitivo le disuguaglianze di Bell e quindi il realismo locale, uno dei principi fondamentali della fisica, ma già messo in discussione dalle leggi della meccanica quantistica, come evidenziato nel lavoro del fisico John Stweart Bell e da numerosi esperimenti negli ultimi decenni(red)
Il realismo locale, uno dei principi fondamentali della fisica, già messo in discussione dalla meccanica quantistica, è stato definitivamente violato da un esperimento di teletrasporto quantistico effettuato al Kavli Institute of Nanoscience Delft, nei Paesi Bassi, dal gruppo guidato da Bas Hensen, in collaborazione con colleghi spagnoli e britannici che firmano un articolo su “Nature”.
Una delle caratteristiche principali della meccanica quantistica, la teoria che spiega il comportamento di atomi, molecole e tutti gli oggetti a livello microscopico, è di essere controintuitiva: mentre nella fisica classica quasi ogni fenomeno può essere rappresentato nella nostra mente seguendo l’intuito, nel caso della meccanica quantistica il buon senso viene meno. Per esempio, le particelle descritte dalla teoria dei quanti hanno una duplice natura, corpuscolare e ondulatoria allo stesso tempo.
Finora tuttavia, in quasi un secolo di verifiche sperimentali, un principio di buon senso era rimasto in piedi: quello del realismo locale. Esso è a sua volta l’insieme di due principi: quello di realismo, secondo cui una misurazione rivela una proprietà preesistente nella realtà fisica, e quello di località, secondo cui tra due eventi lontani ci può essere un rapporto di causa-effetto solo essi se sono connessi da una catena causale di eventi che si propaga con una velocità minore o uguale alla velocità della luce, che rappresenta un limite fisico assoluto per tutti i corpi e tutti i processi.
Nel 1964 John Stewart Bell, fisico britannico che lavorava al CERN, dimostrò che le leggi fondamentali della meccanica quantistica portano a una violazione del realismo locale. Nel suo lavoro, il realismo locale era espresso in termini fisico-matematici da una serie di disuguaglianze, passate alla storia come disuguaglianze di Bell. Queste disuguaglianze legano tra loro, in termini statistici, la preparazione degli apparati sperimentali e le misure ottenute da due o più sperimentatori in luoghi diversi, nell’ambito di un esperimento. In sostanza, le disuguaglianze sono valide se e solo se riguardano fenomeni che non violano il realismo locale.
Ora, in base alla dimostrazione di Bell illustrata nel suo teorema, le disuguaglianze sono violate nei processi che si basano sull’entanglement, “la fantasmatica azione a distanza”, secondo la definizione di Albert Einstein. Lo stesso Einstein, negli anni trenta, dimostrò con la formulazione del famoso paradosso Einstein-Podolski-Rosen, che, secondo le leggi della meccanica quantistica, due particelle opportunamente preparate possono mantenere una correlazione quantistica, l’entanglement, che permette alle particelle una sorta di comunicazione istantanea anche se vengono separate da una distanza arbitraria.
Se infatti si effettua una misurazione su una delle due, il suo stato quantistico “collassa” istantaneamente su un dato valore, e fa collassare istantaneamente anche lo stato della particella entangled, qualunque sia la sua distanza dalla prima. In quel caso, è come se l’informazione sullo stato quantistico di una particella fosse stato comunicato all’altra con una velocità superiore a quella della luce.
L’esistenza effettiva del fenomeno dell’entanglement è stata dimostrata più volte nel corso dei passati decenni, nell’ambito di un filone di ricerca battezzato come teletrasporto quantistico. Le disuguaglianze di Bell sono state violate più volte dunque, ma non in modo assolutamente rigoroso: è sempre rimasta aperta una scappatoia (loophole in gergo tecnico), cioè è sempre rimasta una probabilità residua di spiegare il risultato dell’esperimento in modo da non violare le disuguaglianze di Bell. Per esempio, in molti casi non è stato possibile allontanare più di tanto le due particelle entangled, e non si è potuto escludere che tra le due avvenisse uno scambio di informazioni: in questo caso si parlava di “scappatoia di comunicazione” (communication loophole), in altri, la violazione riguardava non la totalità delle particelle coinvolte nell’esperimento, ma solo la ristretta quota di quelle effettivamente rivelate (detection loophole).
Tutti questi limiti sono stati ora superati dall’esperimento di Hensen e colleghi, seguendo uno schema sperimentale proposto dallo stesso Bell: due elettroni distanti tra loro 1,3 chilometri sono stati posti in uno stato entangled ciascuno con un fotone; i due fotoni sono stati inviati verso una stazione intermedia dove sono stati posti in uno stato entangled tra loro, realizzando, per la proprietà transitiva, l’entanglement tra i due elettroni. Nell’esperimento, gli scienziati hanno registrato ben 245 eventi di teletrasporto dello stato di spin degli elettroni, raggiungendo così una statistica molto solida, escludendo l’esistenza di scappatoie di comunicazione o di rivelazione, ed escludendo di fatto la possibilità che potesse ancora valere il realismo locale.
Il paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen (paradosso EPR) è un esperimento mentale che dimostrò la previsione dell’entanglement quantistico.
Questo effetto, derivante dalla interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica, fu considerato paradossale perché ritenuto incompatibile con un postulato della relatività ristretta (che considera la velocità della luce la velocità limite alla quale può viaggiare un qualunque tipo d’informazione) e, più in generale, con il principio di località. Da ciò scaturì la convinzione dei tre autori che la teoria quantistica fosse incompleta, cioè che comprendesse variabili nascoste.
L’entanglement è oggi generalmente accettato come un aspetto peculiare della meccanica quantistica.
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Entanglement quantistic news : Date: March 27, 2014 ; L …
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