Oggi, 30 Novembre, è la vostra grande occasione di “fare la fisica” e aiutare a risolvere la diatriba che Bohr e Einstein iniziarono nella prima metà del 1900. Partecipare è semplice, ma prima volete sapere di che si tratta?
Niels Bohr e Albert Einstein furono molto amici: entrambi geniali, lontani dai loro paesi a causa della follia nazista, entrambi vincitori di un Nobel in fisica. Tuttavia, Einstein aveva molte perplessità riguardo la meccanica quantistica che Bohr e i suoi studenti stavano sviluppando. Diceva:
La meccanica quantistica è degna di ogni rispetto, ma una voce interiore mi dice che non è ancora la soluzione giusta.
Secondo l’interpretazione di Bohr della meccanica quantistica, proprietà di oggetti molto piccoli, come la posizione di un atomo, non hanno senso finché qualcuno non li misura. Questo significa che l’atto della misura altera lo stato dell’oggetto, contrariamente all’idea diffusa precedentemente che questo esista indipendentemente da noi.
Nel 1935, Einstein, Podolsky e Rosen pubblicarono un articolo intitolato “La descrizione quantistica della realtà fisica può ritenersi completa?“, contenente quello che passerà alla storia come paradosso EPR. Il loro intento era dimostrare che, se da un lato la meccanica quantistica porta a validi risultati, dall’altro nasconde conseguenze paradossali, e per questo non può definirsi una teoria fisica completa.
Il dibattito era acceso e andò avanti per anni: la meccanica quantistica era una teoria nuova e rivoluzionaria, dai risvolti lontani dall’esperienza quotidiana.
Per capire quale fosse l’oggetto della diatriba, immaginate il seguente esperimento.
Ogni fotone emesso da una sorgente ha una proprietà detta polarizzazione. Quando un fotone polarizzato incontra un polarizzatore, esso passa con certezza se ha la stessa orientazione, non passa se ha orientazione perpendicolare e nel caso di angoli intermedi passerà con una certa probabilità dipendente dall’angolo stesso. Dopo essere passato, il fotone assume la polarizzazione del polarizzatore.
Immaginiamo di avere una sorgente che emette due fotoni alla volta in direzione opposte, ma con la stessa polarizzazione, non nota. Il primo fotone incontra, dopo aver percorso una distanza considerevole, un polarizzatore. Poiché non conosciamo la polarizzazione del fotone, non possiamo prevedere quale sarà il suo destino: esso avrà il 50% di probabilità di passare o meno attraverso il polarizzatore. Nel momento in cui osserviamo se attraversa o meno il polarizzatore, la polarizzazione è determinata. L’altro fotone, a questo punto, assumerà istantaneamente la stessa polarizzazione. Il fatto che un oggetto distante influenzi istantaneamente un altro oggetto è in disaccordo col cosiddetto “Principio di Località”, il quale afferma proprio che oggetti distanti non possono avere influenza istantanea l’uno sull’altro.
Raffigurazione schematica dell’esperimento
Da questo argomento, nel paradosso EPR si trae la seguente conclusione: o il mondo è “non locale”, cioè esistono azioni che hanno ripercussioni immediate in un posto lontanissimo, oppure la meccanica quantistica non è completa, ovvero esistono delle “variabili nascoste”. In quest’ultima ipotesi, deve esistere una teoria della natura, non ancora scoperta, di cui la meccanica quantistica è un’approssimazione.
Nel 1964, il fisico John Bell dimostrò che nessun modello locale può essere in accordo con la meccanica quantistica e propose un esperimento che confutasse o la meccanica quantistica o un qualsiasi principio di località. Il teorema di Bell dice che devono esistere delle relazioni di disuguaglianza fra le misure effettuate su particelle considerate correlate, nel caso in cui si impongano l’esistenza di variabili nascoste e il principio di località alla meccanica quantistica. La conferma o la violazione di queste disuguaglianze permetterebbe quindi di verificare la completezza o meno della meccanica quantistica.
Per fare le verifiche proposte da Bell, dal 1970-80 si stanno effettuando esperimenti in situazioni simili a quelle del paradosso EPR, in cui si misurano varie grandezze che correlano le particelle, come la polarizzazione per i fotoni o lo spin degli elettroni, in maniera casuale.
La questione non è ancora stata risolta in modo conclusivo, a causa delle difficoltà riscontrate nel soddisfare tutte le condizioni teoriche previste. Tuttavia, gli attuali risultati sembrano indicare che le disuguaglianze di Bell sono violate, e quindi che le “raccapriccianti azioni a distanza”, oggetto del paradosso EPR, sono reali.
La generazione di numeri casuali e indipendenti è la componente chiave in questi esperimenti, ma è anche molto difficile da ottenere. Per questo i ricercatori dell’ICFO, Institute of Photonic Sciences di Barcellona, hanno messo a punto un esperimento su scala planetaria, chiamato The Big Bell Test, in cui i generatori di numeri casuali a cui saranno associati gli esperimenti sono delle persone, moltissime persone (almeno 30mila).
Anche voi potete partecipare! Oggi, 30 Novembre, chiunque può inviare una stringa di 1 e 0 che sarà ricevuta da 12 università nel mondo, le quali eseguiranno gli esperimenti necessari per il Test di Bell. Sarà possibile inviare la stringa digitando 0 e 1 nel modo “più disordinato” possibile, oppure attraverso un “gioco” di animazioni.
Insomma, con l’imprevedibilità della vostra mente potrete aiutare a risolvere uno dei grandi enigmi della fisica moderna.
Per partecipare: http://thebigbelltest.org/#/contribute?l=EN
The BIG Bell Test from ICFOnians on Vimeo.
Articolo a cura di: Giorgio Garlaschelli, Giuliana Galati, Sara Turriziani