I pettirossi europei possono mantenere l’entanglement quantistico nei loro occhi per ben 20 microsecondi in più rispetto ai migliori sistemi di laboratorio, affermano i fisici che studiano come gli uccelli possono usare gli effetti quantistici per “vedere” il campo magnetico terrestre.
L’entanglement quantistico è uno stato in cui gli elettroni sono separati spazialmente, ma in grado di influenzarsi l’un l’altro
È stato proposto che gli occhi degli uccelli contengano bussole basate sull’entanglement. Non esistono ancora prove conclusive, ma più linee di prove lo suggeriscono.
Risultati come questo sottolineano quanto possano essere sofisticate quelle bussole. “Come può un sistema vivente essersi evoluto per mantenere anche uno stato quantistico no meglio di quanto possiamo fare in laboratorio?” ha chiesto il fisico quantistico Simon Benjamin dell’Università di Oxford e della National University of Singapore, coautore del nuovo studio. “È davvero una cosa incredibile.”
Molti animali, non solo uccelli, ma anche alcuni mammiferi, pesci, rettili, persino crostacei e insetti, navigano rilevando la direzione del campo magnetico terrestre.
Il fisico Klaus Schulten dell’Università dell’Illinois a Urbana Champaign ha proposto alla fine degli anni ’70 che la navigazione degli uccelli si basava su una reazione biochimica geomagneticamente sensibile e ancora sconosciuta che si verificava nei loro occhi.
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La ricerca da allora ha rivelato l’esistenza di speciali cellule ottiche contenenti una proteina chiamata criptocromo. Quando un fotone entra nell’occhio, colpisce il criptocromo, dando una spinta di energia agli elettroni che esistono in uno stato di entanglement quantistico. Uno degli elettroni migra a pochi nanometri di distanza, dove percepisce un campo magnetico leggermente diverso rispetto al suo partner.
A seconda di come il campo magnetico altera lo spin dell’elettrone, vengono prodotte diverse reazioni chimiche. In teoria, i prodotti di molte di queste reazioni attraverso l’occhio di un uccello potrebbero creare un’immagine del campo magnetico terrestre come un modello variabile di luce e buio.
Questi stati quantistici sono notoriamente fragili
Anche nei sistemi di laboratorio, gli atomi vengono raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto per mantenere l’entanglement per più di pochi millesimi di secondo. I sistemi biologici sembrerebbero troppo caldi e troppo umidi per mantenere gli stati quantistici a lungo, eppure è esattamente quello che sembrano fare.
I ricercatori guidati dall’Università della California, tra cui il fisico di Irvine Thorsten Ritz, hanno mostrato nel 2004 che, sebbene i pettirossi non avessero problemi a puntare il becco verso l’Africa sotto l’influenza del solo campo magnetico terrestre, l’aggiunta di un secondo campo mobile ha distrutto le loro bussole interne. Quel secondo campo era così debole – meno di un terzo dell’1 percento del campo terrestre – che avrebbe potuto influenzare solo un sistema sensibile ai quanti.
“Se qualcuno cambiasse la luminosità della scena che stai vedendo di un terzo dell’1 percento, faresti fatica a sapere che è successo. Certamente non rovinerebbe la tua visione.” ha detto Benjamin.
In un nuovo articolo su Physical Review Letters, Benjamin e colleghi hanno costruito un modello matematico dell’esperimento di Ritz, incluso il campo magnetico terrestre, il leggero campo secondario e i sistemi quantistici che potrebbero costituire il senso magnetico degli uccelli.
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Hanno calcolato che, per essere sensibili a campi così deboli, gli stati entangled negli occhi degli uccelli devono durare almeno 100 microsecondi, o 0,0001 secondi. Per mettere questo in prospettiva, Benjamin ha introdotto una molecola esotica chiamata N@C60, una gabbia geometrica di carbonio con un atomo di azoto all’interno.
Questa molecola è uno dei sistemi di laboratorio più conosciuti per mantenere l’entanglement
“La gabbia agisce per proteggere l’atomo, che sta immagazzinando le informazioni, dal resto del mondo”, ha detto Benjamin. “È considerata una molecola piuttosto sexy, interessante e promettente”.
Ma a temperatura ambiente, anche N@C60 mantiene l’entanglement solo per 80 microsecondi, o quattro quinti di quello che sembrano fare gli uccelli. “Penso che questo sia un documento molto affascinante che affronta il problema da un’angolazione interessante”, ha detto Schulten, non coinvolto nel lavoro. “Usano un modello estremamente semplificato, ma fanno un punto interessante. L’entanglement potrebbe rimanere protetto per decine di microsecondi più a lungo di quanto pensassimo prima”.
“Il pettirosso, comunque funzioni, qualunque cosa ci sia dentro, in qualche modo sta andando meglio della nostra molecola molto bella appositamente progettata. È semplicemente sbalorditivo.” ha concluso Benjamin.
