Un gruppo di ricercatori ha proposto l’esistenza di un nuovo tipo di paraparticelle, che non rientra nelle categorie tradizionali di fermioni e bosoni. Questa scoperta potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione della materia e delle forze fondamentali.

Paraparticelle: una nuova frontiera della fisica quantistica

La fisica quantistica, quella disciplina che studia il comportamento della materia a livello atomico e subatomico, ci ha abituati a sorprese. Da decenni, sappiamo che le particelle elementari possono essere classificate in due grandi famiglie: i fermioni e i bosoni. I primi, come elettroni e quark, obbediscono al principio di esclusione di Pauli, che vieta a due fermioni identici di occupare lo stesso stato quantico. I secondi, come i fotoni, non hanno tale restrizione e possono occupare lo stesso stato.

Un recente studio condotto dai fisici della Rice University ha aperto nuove prospettive in questo campo. I ricercatori hanno dimostrato, attraverso calcoli teorici, la possibile esistenza di un terzo tipo di particella, denominata “paraparticella“. Queste particelle, pur non violando le leggi fondamentali della fisica, presentano caratteristiche intermedie tra fermioni e bosoni, offrendo così una nuova sfumatura alla nostra comprensione della materia.

Le paraparticelle sono caratterizzate da una statistica intermedia, che non corrisponde né a quella di Fermi-Dirac (per i fermioni) né a quella di Bose-Einstein (per i bosoni). Questa peculiarità si manifesta nel modo in cui le paraparticelle possono occupare gli stati quantistici. A differenza dei fermioni, più paraparticelle possono occupare lo stesso stato, ma con alcune restrizioni che dipendono dal tipo di parastatistica considerato.

È importante sottolineare che al momento l’esistenza delle paraparticelle è puramente teorica. Non sono state ancora osservate sperimentalmente, e la loro realizzazione in laboratorio rappresenta una sfida complessa. Nonostante ciò, lo studio delle paraparticelle rappresenta un campo di ricerca estremamente attivo e promettente, che potrebbe portare a scoperte rivoluzionarie nel campo della fisica.

La scoperta delle paraparticelle ha suscitato grande interesse nella comunità scientifica. Attualmente, diversi gruppi di ricerca stanno lavorando allo sviluppo di sistemi sperimentali in grado di creare e manipolare queste particelle esotiche. Le potenziali applicazioni delle paraparticelle sono molteplici, dalla realizzazione di qubit topologici per i computer quantistici allo sviluppo di nuovi materiali con proprietà uniche. Inoltre, lo studio delle paraparticelle potrebbe fornire importanti indizi sulla natura della materia oscura e sulle interazioni fondamentali.

Gli anyon

Immaginiamo di avere delle monete speciali che, anziché avere due facce (testa o croce), possono assumere un’infinità di posizioni intermedie. Queste monete sarebbero l’equivalente quantistico degli anyon: particelle che sfidano le nostre intuizioni classiche e si comportano in modo del tutto inatteso.

Gli anyon, pur essendo un concetto interessante, non rappresentano una nuova particella fondamentale nel senso tradizionale. Sono piuttosto un espediente matematico che ci aiuta a comprendere meglio i fenomeni quantistici in sistemi bidimensionali. Sono come un puzzle che ci permette di esplorare le leggi della fisica da una prospettiva diversa.

La parastatistica rappresenta un’estensione delle statistiche di Fermi-Dirac e Bose-Einstein. Sebbene non ci siano prove sperimentali dell’esistenza di paraparticelle nel nostro Universo, lo studio di questi oggetti matematici ci permette di esplorare le possibili generalizzazioni delle teorie quantistiche e di identificare nuove simmetrie.

Nonostante i numerosi tentativi, la parastatistica non è riuscita a fornire una descrizione della natura che fosse più accurata o completa di quella basata sulle statistiche di Fermi-Dirac e Bose-Einstein. Le teorie sviluppate nell’ambito della parastatistica, pur interessanti dal punto di vista matematico, non hanno portato a nuove predizioni sperimentali che le distinguessero dai modelli convenzionali.

Introducendo una seconda quantizzazione, Wang e Hazzard hanno dimostrato che le correlazioni a molti corpi possono indurre comportamenti quasi-particellari con statistiche frazionarie anche in sistemi tridimensionali. Questa scoperta apre nuove prospettive per lo studio dei sistemi fortemente correlati e delle loro proprietà emergenti.

Conclusioni

La parastatistica è come un’isola deserta che gli scienziati stanno esplorando. Non sappiamo ancora se troveremo tesori nascosti o se l’isola sarà completamente disabitata. L’esplorazione di questo territorio sconosciuto è tuttavia fondamentale per ampliare i nostri orizzonti e comprendere meglio il mondo che ci circonda. Come ha concluso Wang: “Anche se non troviamo subito ciò che cerchiamo, il viaggio in sé è già una scoperta”.

La ricerca è stata pubblicata su Nature.

La fisica quantistica è un mondo strano. Studia le particelle subatomiche, che sono gli elementi costitutivi essenziali della realtà.

Le leggi quantistiche tendono a contraddire il buon senso. A quel livello, una cosa può essere due cose diverse contemporaneamente ed essere in due posti diversi allo stesso tempo. Due particelle possono essere entangled e, quando una cambia il suo stato, anche l’altra lo farà immediatamente, anche se si trovano alle estremità opposte dell’universo, apparentemente agendo più velocemente della velocità della luce.

Le particelle possono anche attraversare oggetti solidi, che normalmente dovrebbero essere barriere impenetrabili, come un fantasma che passa attraverso un muro. E ora gli scienziati hanno dimostrato che, ciò che sta accadendo a una particella ora, non è governato da ciò che le è successo in passato, ma da quale stato si trova in futuro, il che significa in effetti che, a livello subatomico, il tempo può andare indietro.

Per confonderti ulteriormente, tutto questo dovrebbe accadere proprio ora nelle particelle subatomiche che compongono il tuo corpo.

Se tutto questo sembra del tutto incomprensibile e suona decisamente assurdo, sei in buona compagnia. Einstein lo chiamò “azione spettrale a distanza” e Niels Bohr, un pioniere della teoria quantistica una volta disse: “se la meccanica quantistica non ti ha profondamente scioccato, non l’hai ancora capita”.

In questo ultimo esperimento, condotto da scienziati dell’Australian National University, il ricercatore Andrew Truscott ha affermato in un comunicato stampa di aver dimostrato che “la realtà non esiste se non la si guarda”.

Gli scienziati hanno dimostrato molto tempo fa che una particella di luce, chiamata fotone, può essere sia un’onda che una particella utilizzando il cosiddetto esperimento della doppia fenditura. Ha mostrato che quando la luce viene irradiata da due fenditure in uno schermo, un fotone è in grado di passare attraverso una di esse come una particella ed entrambe come un’onda.

New.com.au spiega,

“I fotoni sono strani. Puoi vedere tu stesso l’effetto quando fai luce attraverso due fessure strette. La luce si comporta sia come una particella, passando attraverso ciascuna fessura e proiettando luce diretta sulla parete dietro di essa, sia come un’onda, generando uno schema di interferenza che risulta in più di due strisce di luce”.

La fisica quantistica postula che la ragione di ciò è che una particella manca di proprietà fisiche definite ed è definita solo dalle probabilità che si trovi in ​​stati diversi. Si potrebbe dire che esiste in uno stato sospeso, una sorta di super-animazione fino a quando non viene effettivamente osservata, a quel punto assume la forma di una particella o di un’onda, pur mantenendo le proprietà di entrambe.

Questo è stato scoperto quando gli scienziati che hanno condotto gli esperimenti sulla doppia fenditura hanno notato che quando si osserva un’onda/particella di fotoni, questa collassava, quindi non era possibile vederla in entrambi gli stati contemporaneamente. Pertanto, non è possibile misurare contemporaneamente sia la posizione di una particella che la sua quantità di moto.

Tuttavia, un recente esperimento, riportato su Digital Journal, si è catturata per la prima volta l’immagine di un fotone sia come onda che come particella.

La prima immagine in assoluto della luce che si comporta sia come una particella che come un’onda.

Come dice News com.au, i problemi che ancora lasciano perplessi gli scienziati sono: “Cosa fa sì che un fotone decida quando essere l’uno o l’altro?”

Gli scienziati australiani hanno organizzato un esperimento simile a quello della doppia fenditura per cercare di stimare quando le particelle hanno assunto una forma particellare o d’onda. Ma invece di usare la luce, hanno applicato atomi di elio, “più pesanti” dei fotoni di luce, nel senso che i fotoni non hanno massa, mentre gli atomi sì. Questo è stato significativo.

“Le previsioni della fisica quantistica sull’interferenza sembrano abbastanza strane se applicate alla luce, che sembra più un’onda, ma aver fatto l’esperimento con gli atomi, che sono cose complicate che hanno massa e interagiscono con campi elettrici e così via, si aggiunge alla stranezza”, ha affermato il dottorando Roman Khakimov, coinvolto nell’esperimento.

Tuttavia, si aspettavano che l’atomo si comportasse proprio come la luce, il che significa che avrebbe assunto sia la forma di una particella che/o un’onda. Questa volta hanno sparato gli atomi a due forme simili a griglie create dai laser, sebbene l’effetto fosse simile a una grata solida.

Tuttavia, la seconda griglia è stata posizionata solo dopo che l’atomo è passato attraverso la prima. E la seconda griglia non è stata applicata ogni volta, solo casualmente, per vedere come le particelle reagivano diversamente.

Quello che hanno scoperto è che, quando c’erano due griglie in posizione, l’atomo lo attraversava su molti percorsi sotto forma d’onda, ma, quando la seconda griglia veniva rimossa, si comportava come una particella e percorreva solo un percorso.

Quindi, quale forma avrebbe preso dopo aver attraversato la prima griglia dipendeva dal fatto che la seconda griglia fosse stata messa in atto dopo. Pertanto, se continuasse come particella o si trasformasse in un’onda non era deciso fino a quando non si era già verificato un evento futuro.

Il tempo è andato indietro. Causa ed effetto sembrano essere invertiti. Il futuro ha causato il passato. La freccia del tempo sembrava funzionare al contrario.

Il punto decisivo in cui è stata decisa la sua forma è stato quando l’evento quantistico è stato osservato e misurato. Prima di allora, qualunque cosa accadesse esisteva in uno stato sospeso, l’atomo non aveva ancora “deciso” cosa fare.

Il professor Truscott ha detto che l’esperimento ha dimostrato che “Un evento futuro fa sì che il fotone decida il suo passato.”

Ci sono anche buone prove che i processi quantistici avvengono all’interno del nostro cervello e all’interno delle nostre cellule del corpo, come riportato dal Guardian l’anno scorso.