Un gatto di Schrödinger color zaffiro mostra che gli effetti quantistici possono aumentare

Nov 22, 2023

In un frammento di cristallo di zaffiro all'interno di un dispositivo appositamente progettato (mostrato), gli scienziati hanno creato un'imitazione del gatto di Schrödinger vivo e morto, in cui il cristallo oscilla in due direzioni contemporaneamente.

Matteo Fadel

Di Emily Conover

25 aprile 2023 alle 9:00

In linea con la grande tradizione dei gatti paffuti, un “gatto” quantistico appena creato è particolarmente massiccio, almeno per il regno quantistico.

Gli scienziati hanno messo un pezzo tremolante di cristallo di zaffiro in quello che è noto come "stato del gatto", in cui un oggetto esiste contemporaneamente in due stati diversi. È una situazione che ricorda il felino immaginario preferito dai fisici, il gatto di Schrödinger, noto per essere vivo e morto allo stesso tempo.

Il nuovo gatto di zaffiro pesa 16 microgrammi, relativamente pesanti, riferiscono i fisici su Science del 21 aprile. Si tratta di quasi la metà della massa di un ciglio e di oltre 100 trilioni di volte la massa degli stati felini precedentemente creati con le molecole. "Abbiamo raggiunto un nuovo regime in cui la meccanica quantistica sembra funzionare", afferma il fisico Yiwen Chu dell'ETH di Zurigo.

In una parabola quantistica ideata negli anni '30 dal fisico Erwin Schrödinger, un gatto è intrappolato in una scatola e, a causa degli effetti quantistici, finisce vivo e morto allo stesso tempo (SN: 26/5/16). Questo scenario paradossale non si verifica nel mondo reale. Sebbene le particelle quantistiche siano in grado di esistere in due stati distinti contemporaneamente – quella che viene chiamata sovrapposizione – questi effetti si cancellano e diventano cose delle dimensioni di un gatto.

Gli effetti quantistici sono tipicamente limitati ad atomi, molecole e simili. Il mondo quotidiano visibile agli occhi umani non presenta proprietà quantistiche. Gli scienziati possono convincere alcuni piccoli oggetti a mostrare caratteristiche quantistiche (SN: 25/04/18). Ma gli scienziati non comprendono appieno il confine tra il regno quantistico e quello non quantistico.

"Abbiamo appena iniziato a comprendere questo regime intermedio", afferma Benjamin Sussman dell'Università di Ottawa, che non è stato coinvolto nel nuovo studio. "È davvero di profondo interesse vedere come questi sistemi quantistici si ridimensionano e come si comportano."

Gli stati del gatto sono una varietà speciale di comportamento quantistico che si avvicina a ricreare l'idea di Schrödinger. Sono sovrapposizioni di due stati distinti secondo la fisica classica che descrive il mondo di tutti i giorni – come un gatto vivo o morto – piuttosto che due stati che esistono solo nel dominio quantistico, come i livelli energetici di un atomo.

Nel nuovo esperimento, i ricercatori hanno fatto oscillare una porzione di un cristallo di zaffiro in modo tale che i suoi atomi si muovessero contemporaneamente in due direzioni. Questa è una distinzione che "cattura lo spirito" del gatto di Schrödinger, dice Chu.

Il tremolio era confinato all'interno di una scheggia di cristallo composta da 100 milioni di miliardi di atomi. È abbastanza grande che, se estratto dal resto del cristallo, sarebbe visibile ad occhio nudo, dice Chu.

Tuttavia, le oscillazioni degli atomi erano minuscole, circa un milionesimo di miliardesimo di millimetro, non esattamente la scala degli oggetti di uso quotidiano. Altre dimostrazioni di stati felini hanno dimostrato una separazione spaziale molto più ampia, nonostante siano costituiti da un minor numero di atomi.

Nel lavoro futuro, Sussman dice che gli piacerebbe vedere i ricercatori aumentare non solo la massa, ma anche la dimensione delle oscillazioni. "Sarà davvero difficile ma sarà davvero interessante."

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Una versione di questo articolo appare nel numero del 3 giugno 2023 di Science News.

M. Bild et al. Stati del gatto di Schrödinger di un oscillatore meccanico da 16 microgrammi. Scienza. vol. 380, 21 aprile 2023, pag. 274.doi: 10.1126/science.adf7553.

La scrittrice di fisica Emily Conover ha un dottorato di ricerca. in fisica presso l'Università di Chicago. Ha vinto due volte il premio Newsbrief della DC Science Writers' Association.

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