Il sorriso del gatto di Schrödinger

“Ho visto spesso un gatto senza un sorriso“, pensò Alice. “Ma un sorriso senza gatto! È la cosa più curiosa che abbia mai visto in tutta la mia vita!”
La stessa esperienza la potrebbe raccontare l’eminente fisico Yakir Aharonov che, insieme al collega  israeliano Daniel Rohrlich, ha mostrato teoricamente come una particella potrebbe mostrare la sua faccia in un esperimento senza aver bisogno di mostrare il suo corpo.

La loro analisi sostiene precisamente che le informazioni potrebbero essere trasferite tra due punti senza che avvenga uno scambio di particelle. I due ricercatori, uno negli Stati Uniti e l’altro in Arabia Saudita, suggerirono già nel 2013, che l’effetto di congelamento applicato a un’onda quantistica potrebbe non essere sufficiente a impedirle la trasmissione delle informazioni.

Aharonov ha raccontato ad Anna Demming su Phys.org : “Lo abbiamo trovato estremamente interessante: la possibilità di comunicare senza che nulla passi tra le due persone che comunicano tra loro. E volevamo vedere se riusciamo a capirlo meglio”.

Il modello sperimentale su cui basano i loro calcoli è sorprendentemente semplice.

Immaginate un corridoio con un’estremità chiusa da una porta a specchio. Nella fisica quantistica, quando gli oggetti non vengono definiti finché non vengono osservati, la porta è sia aperta che chiusa, in modo simile al gatto nell’esperimento mentale proposto da Schrödinger.

Come si sa, l’animale è sia vivo che morto fino a quando non viene osservato.

Se una particella dovesse essere inviata lungo il corridoio, anche il suo destino sarebbe indeterminato fino a quando il suo viaggio non fosse stabilito, questo perché l’onda di probabilità della particella ha le caratteristiche di qualsiasi onda fisica. Ci sono creste e avvallamenti che governano le probabilità che la particella venga trovata da qualche parte e fasi mentre si evolve nel tempo.

In parole povere, secondo i fisici, una parte della fase della particella che descrive il suo spin o rotazione, dovrebbe cambiare in relazione allo stato aperto o chiuso dello specchio.

Anche quando la particella stessa non dovrebbe essere neanche lontanamente vicina all’estremità del corridoio chiuso dalla porta a specchio, Aharonov e Rorlich hanno scoperto che è quasi come se la particella dovesse essere in grado di allungarsi per toccare la porta chiusa, prima di venire riflessa e riportare indietro un po ‘di informazioni.

Non si sa se le particelle rilasciano la rotazione o la carica, per influenzare un ambiente distante, non più di quanto si sa se un sorriso esiste senza una  faccia.

“Se stai parlando di un gatto e del suo sorriso, è molto strano”, ha detto Rorlich a Phys.org. “Ma naturalmente, tutto questo deve tradursi in particelle elementari, e se una particella elementare perde il suo spin perché il suo spin va da qualche altra parte, forse è qualcosa a cui ci possiamo abituare”.

Non è la prima volta che Aharonov incontra assurdità simili al Paese delle Meraviglie nella fisica quantistica. Più di mezzo secolo fa, ha lavorato con il famoso fisico teorico David Bohm su un’analisi che coinvolge gli effetti non locali sulle particelle nei campi elettromagnetici. Quella analisi oggi viene chiamata effetto Aharonov-Bohm, dove una particella carica può essere influenzata da un potenziale elettromagnetico anche se è confinata in un’area in cui i valori dei campi magnetici ed elettrici circostanti sono pari a zero.

Pensa a una barca a vela che naviga anche se l’oceano è fermo e l’aria è calma. Naturalmente, si potrebbe obiettare che “qualcosa” spinge in avanti l’imbarcazione, senza una forza che la mantenga in movimento, resteresti alquanto incredulo, un po’ come i fisici davanti alle loro osservazioni.

Perché le cose si muovano, qualcosa deve influenzare la sua posizione e dirgli in che modo spostarsi o quanto velocemente. Gli oggetti non decidono da soli come agire, ma si muovono se influenzati da una forza esterna. Eppure vediamo già alcune azioni decisamente misteriose  nella fisica quantistica, oggi ancora da spiegare completamente.

Le onde  “intrappolate” da una connessione entangled possono risolversi istantaneamente in particelle discrete correlate tra loro, indipendentemente dalla distanza che le separa.

La spiegazione di Aharanov si basa su un concetto chiamato quantità di moto modulare: una caratteristica delle particelle che è difficile da apprezzare senza una solida base nella matematica della teoria quantistica dei campi.

La quantità di moto modulare, a differenza del comportamento degli oggetti in movimento nella vita quotidiana, ha il suo posto nel mondo quantistico delle onde di probabilità, poiché si increspano e interferiscono tra loro attraverso lo spazio.

La quantità di moto modulare rende nota la sua presenza nel modo in cui calcoliamo le probabilità del movimento, anche se le conseguenze delle sue azioni sono un po ‘più difficili da immaginare.

“Sebbene sia sorprendente che le proprietà possano lasciare le loro particelle, non è così sorprendente come dire che non è successo niente e che c’è stato un effetto”, ha detto Aharonov.

Le implicazioni pratiche, se ce ne saranno, potrebbero essere osservate in futuri esperimenti.

Per Aharonov e Rohrlich, l’analisi mira a risolvere la nozione di cosa significhi per le particelle agire localmente, implicando che le loro proprietà, come il sorriso compiaciuto del gatto di Schrödinger, potrebbero avere più importanza della posizione del suo corpo.