Rappresentazione artistica del quasar ULAS J1120+0641. Crediti: ESO/M. Kornmesser
Non è che la meccanica quantistica così com’è non ci piaccia o non funzioni. Anzi, funziona spesso meglio di qualsiasi altra teoria fisica, e restituisce un accordo tra formule ed esperimenti quasi perfetto. Ma se vogliamo vedere la cosa dal punto di vista più astratto possibile, ci sarebbero ancora un paio di cosette da sistemare.
Una di queste riguarda il cosiddetto Teorema di Bell, che ormai ha anche i suoi anni (è datato 1964). Banalizzando possiamo dire che il fisico nord-irlandese indicò una serie di condizioni che la realtà attorno a noi dovrebbe rispettare e che dovremmo poter verificare se il mondo reale obbedisse effettivamente alla meccanica quantistica. Oggi sappiamo sostanzialmente che lo fa e che quella quantistica è una teoria valida per la descrizione del comportamento delle particelle subatomiche. Ma per essere davvero sicuri di non aver preso un grosso abbaglio dobbiamo toglierci tutti i dubbi, anche quelli più sottili. Se la meccanica quantistica è sul serio qualcosa che appartiene a questo mondo, diceva in pratica Bell, ci sono certe conseguenze, come il fenomeno dell’entanglement che dovremmo riuscire a registrare e che sarebbero la prova decisiva che cerchiamo, dal momento che non sarebbero in alcun modo conciliabili con le previsioni della teoria classica.
Può sembrare un eccesso di speculazione intellettuale, ma d’altra parte le teorie hanno bisogno di posare su basi solide. Nel corso degli anni sono stati progettati diversi esperimenti per testare il Teorema di Bell, e si sono conclusi tutti a favore della teoria quantistica. L’ultima grossa possibile “falla” che rimaneva aperta era quella che i fisici chiamano provocatoriamente del “libero arbitrio”.
In linea del tutto teorica, infatti, le impostazioni di un rivelatore di particelle potrebbero in qualche maniera “cospirare” con gli eventi del passato causale condiviso degli stessi rivelatori di particelle per determinare quali proprietà misurare. Se così fosse tutti i rilevatori verrebbero costruiti insomma con un difetto strutturale endemico e ineliminabile, e i risultati potrebbero essere viziati. Ovvero, a prescindere dalle scelte dei fisici nel determinare le impostazioni di ogni rilevatore, le misurazioni effettuate potrebbero risultare comunque parziali, e potrebbero mostrare ad esempio che due particelle entangled come più correlate di quello che sono in realtà, spostando automaticamente i piatti della bilancia a favore della meccanica quantistica negli esperimenti mirati a testare il Teorema di Bell. Per essere sicuri che le carte in tavola non siano truccate, insomma, dovremmo riuscire a costruire due strumenti di rilevazione che non possono condividere nessun evento causale comune, e che siano da sempre totalmente indipendenti.
In un documento in fase di pubblicazione sulla rivista Physical Review Letters, i ricercatori del MIT hanno proposto un esperimento che potrebbe chiudere quest’ultima incertezza e dimostrare definitivamente la bontà della teoria quantistica. “Prima di fare il salto concettuale di dire che le equazioni della meccanica quantistica sono giuste, siamo sicuri di aver chiuso ogni scappatoia logica possibile?”, si è chiesto David Kaiser, professore di Storia della Scienza e senior lecturer del dipartimento di fisica al MIT. “Sembra inquietante , ma la gente si è resa conto che questa è una possibilità logica che non è stata ancora chiusa”, spiega.
Per fare ciò Kaiser, insieme con il postdoc Andrew Friedman e con Jason Gallicchio dell’Università di Chicago, hanno proposto un esperimento che coinvolge l’osservazione di due quasar distanti.
I quasar selezionati sarebbero sui lati opposti del cielo, e quindi al di fuori di qualsiasi contatto causale da circa 14 miliardi anni. In pratica nessun evento nella storia dell’intero universo potrebbe aver colpito entrambi i quasar, data la loro distanza, data l’ età dell’universo e data la velocità della luce.
Kaiser spiega così l’esperimento: si dovrebbe prende in un laboratorio un generatore di particelle, ad esempio un atomo radioattivo che produce coppie di particelle entangled. Avremmo poi due rilevatori. Il primo misura le proprietà della particella A, il secondo quelle della particella B. Una frazione di secondo dopo che le particelle vengono generate, ma poco prima che i rilevatori vengano regolati, gli scienziati dovrebbero usare le osservazioni telescopiche di quasar distanti per calibrare i rilevatori e determinare quali proprietà ogni rivelatore misurerà della rispettiva particella. In altre parole, il quasar A determinerà le impostazioni per rilevare le particelle A e il quasar B le impostazioni per rilevare le particelle B. Poiché la calibrazione di ciascun rilevatore sarebbe in questo modo determinata da fonti che non hanno mai avuto nessuna comunicazione o storia condivisa fin dall’inizio dell’universo, sarebbe praticamente impossibile che questi rivelatori “cospirino” con qualsiasi evento nel loro passato comune per dare una misura parziale o inesatta.
“Penso che sia giusto dire che questo esperimento, a rigor di logica, è l’ultima frontiera che si frappone tra le tantissime prove sperimentali accumulate e le interpretazioni di tali prove che ci dicono che il mondo è governato dalla meccanica quantistica”, afferma Kaiser .
Ma un esperimento del genere è effettivamente realizzabile? “All’inizio non sapevamo se la nostra impostazione richiedesse costellazioni di satelliti spaziali futuristici, o telescopi da 1.000 metri sul lato oscuro della Luna”, dice Friedman. “Così siamo stati naturalmente felici di scoprire, con nostra grande sorpresa, che il nostro esperimento è realizzabile nel mondo reale con la tecnologia attuale, ed interessa i nostri colleghi fisici sperimentali che effettivamente vogliono provare a eseguirlo nei prossimi anni”.