L’universo non è localmente reale

È ciò che hanno provato i vincitori del premio Nobel per la Fisica del 2022 in seguito a esperimenti di correlazione quantistica tra fotoni.

A quanto pare, l’universo non è localmente reale. A rivelarlo sono stati i vincitori del premio Nobel per la Fisica del 2022, Alain Aspect, John F. Clauser e Anton Zeilinger, per “gli esperimenti con i fotoni entangled che hanno stabilito la violazione delle disuguaglianze di Bell e per essere stati i pionieri della scienza dell’informazione quantistica”. Ma cosa vuol dire “localmente reale” in questo contesto? Si dice ‘reale’ quando gli oggetti hanno proprietà indipendenti dall’osservazione: per esempio, una mela può essere rossa anche quando nessuno la sta guardando. Mentre ‘locale’ significa che gli oggetti possono essere influenzati solo dall’ambiente circostante e, in particolare, che qualsiasi influenza non può viaggiare con una velocità superiore a quella della luce nel vuoto. Ciò che è stato scoperto è che l’universo non può essere locale e reale.

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Un apparente paradosso della meccanica quantistica

Un famoso esperimento mentale pubblicato nel 1935, il cosiddetto paradosso di Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen (paradosso EPR), era inteso a illustrare la presunta assurdità della meccanica quantistica. Il loro obiettivo era mostrare come in determinate condizioni la teoria può fornire risultati privi di senso.

Ecco una versione semplificata del paradosso EPR: abbiamo delle coppie di particelle che vengono espulse in direzioni diverse da una stessa sorgente e raggiungono due osservatori, Alice e Bob, posizionati alle estremità opposte del sistema solare. La meccanica quantistica impone che sia impossibile conoscere lo spin, una proprietà quantistica di ciascuna particella, prima della sua misurazione. Una volta che Alice ha misurato una delle sue particelle, trova che lo spin risulta up oppure down. I suoi risultati sono casuali, eppure appena dopo aver effettuato la misura, sa immediatamente che la particella corrispondente di Bob deve avere spin, per esempio, down. Eppure lo spin di quest’ultima particella era indefinito prima che fosse misurato lo spin dell’altra.

Se una particella di Alice non ha uno spin definito prima della misurazione, allora come fa una particella di Bob, dall’altra parte del sistema solare, a ‘sapere’ che la misura è stata effettuata e anche il suo risultato? Nonostante i miliardi di chilometri che separano queste particelle, la meccanica quantistica prevede che quelle di Alice sono in qulche modo legate a quelle di Bob (un fenomeno noto come entanglement quantistico). Ma come possiamo verificare questo fenomeno?

Nel 1964, John Stewart Bell propose le sue famose ‘disuguaglianze’, la cui violazione confermerebbe l’esistenza dell’entanglement. E sono stati proprio i tre scienziati premiati a concepire e mettere in atto gli esperimenti in grado di stabilire tali violazioni. La natura quindi non è localmente reale: le particelle possono avere proprietà indefinite prima della misurazione, come lo spin up e down, e influenzarsi istantaneamente tra loro a prescindere dalla distanza. Ciò però non viola la teoria della relatività ristretta, in quanto i risultati delle misurazioni sono casuali e quindi l’entanglement non può essere utilizzato per comunicare con velocità superiore a quella della luce nel vuoto.

Fonti: Scientific American, Le Scienze, Le Scienze.

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