Mentre i fisici cercano una teoria della gravità quantistica, nuovi risultati mostrano che la gravità “classica” può ancora interagire con i campi quantistici, consentendo alla materia di aggrovigliarsi.
Una nuova scoperta suggerisce che i campi gravitazionali possono permettere alla materia di entrare in entanglement quantistico, anche se il concetto di gravità quantistica (ancora) non esiste. L’idea nasce da due fisici londinesi che stanno mettendo in discussione il nostro modo di concepire i campi quantistici e il funzionamento della gravità “classica”.
Cosa sappiamo della gravità quantistica
La ricerca sulla gravità quantistica rappresenta il prossimo grande passo in fisica, poiché gli scienziati cercano di unificare la fisica del piccolissimo con quella del grandissimo. La meccanica quantistica spiega la prima, mentre la teoria della relatività generale – che descrive il funzionamento della gravità – spiega la seconda. Sia la fisica quantistica che la teoria della relatività generale sono state sviluppate nel primo quarto del XX secolo, ma 100 anni dopo, gli scienziati non hanno ancora capito come unificarle. Allo stato attuale, le teorie si contraddicono a vicenda.
L’esperimento di Howl e Aziz
In effetti, le nuove scoperte di Joseph Aziz e Richard Howl della Royal Holloway University di Londra potrebbero certamente complicare le cose. Il loro lavoro si basa su un esperimento mentale proposto per la prima volta dal fisico Richard Feynman nel 1957, che prevedeva di sottoporre un oggetto – ad esempio una mela – a sovrapposizione quantistica.
Come funziona la sovrapposizione quantistica
L’esperimento mentale di Feynman avrebbe posto la posizione di quella mela ipotetica in sovrapposizione, ovvero avrebbe dovuto esistere simultaneamente in due posizioni finché non fosse stata osservata. Una volta osservata, la sua funzione d’onda avrebbe collassato. Una seconda mela sarebbe stata quindi introdotta nell’esperimento di Feynman e, se la prima mela in sovrapposizione quantistica avesse interagito gravitazionalmente con il secondo oggetto, nonostante il collasso dello stato di sovrapposizione della prima mela, Feynman avrebbe decretato che questo sarebbe stato un segno dell’operato della gravità quantistica.
Una grande contraddizione
Einstein descrisse la gravità come la curvatura dello spaziotempo (l’unificazione quadridimensionale di spazio e tempo). Eppure, c’è un problema quando si parla di fisica quantistica. Nella fisica quantistica, le forze fondamentali sono suddivise in pacchetti discreti di energia chiamati quanti. Ad esempio, un quanto della forza elettromagnetica è un fotone. In una descrizione quantistica della gravità, la forza gravitazionale deve quindi avere anche i suoi quanti, e questi sono stati chiamati gravitoni. Nessuno ha mai visto un gravitone, tuttavia, perché le probabilità che un singolo gravitone interagisca con un rivelatore sono eccezionalmente basse.
Inoltre, nella gravità quantistica, l’entanglement dei campi gravitazionali sarebbe mediato da “gravitoni virtuali”. Questi non esisterebbero realmente, e per questo sarebbero descritti come “virtuali”, ma nel bizzarro mondo della fisica quantistica, particelle inesistenti sono presenti solo per brevissimi periodi di tempo. Howl e Aziz hanno dimostrato che, se la gravità non è quantistica, può comunque entrare in entanglement con la materia, che a sua volta può essere descritta secondo la teoria quantistica dei campi. Il campo gravitazionale classico interagisce con il campo quantistico della materia che compone i due oggetti, e questo quasi-entanglement è mediato da particelle virtuali. In pratica, Aziz e Howl hanno immaginato… atomi virtuali.
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