Un articolo pubblicato la scorsa settimana nella sezione “comments” della rivista “Nature” analizza i vantaggi e la fattibilità di effettuare test di meccanica quantistica nello spazio.
La Meccanica Quantistica descrive il comportamento del mondo microscopico ed ha fornito predizioni che sono state verificate con un'accuratezza non raggiunta da nessun'altra teoria. Alla base di tali previsioni vi è il principio di sovrapposizione, secondo cui un sistema quantistico può essere in sovrapposizione di stati (rispetto agli autostati di un'osservabile che si vuole misurare), ad esempio essere nello stato "qui" + "là". Se esteso al mondo macroscopico, il principio di sovrapposizione porta a situazioni paradossali, come il famoso gatto di Schrödinger "vivo e morto" allo stesso tempo. È naturale quindi chiedersi: fino a che scale vale il principio di sovrapposizione?
Il modo più naturale per testare il principio di sovrapposizione è tramite esperimenti di interferenza (tipicamente versioni elaborate del famoso esperimento delle due fenditure). Tali esperimenti sono stati eseguiti con sistemi sempre più massivi, confermando la validità della meccanica quantistica fino a masse dell'ordine di 25000 amu. Man mano che si considerano sistemi più grandi, diventa sempre più difficile vedere effetti di interferenza: più massivo è un sistema e più tempo sarà necessario perché il pacchetto d’onda si espanda fino ad avere un’estensione maggiore delle fenditure, condizione necessaria per fare interferenza quantistica. Durante tutto questo tempo, il sistema deve essere lasciato libero ed isolato il più possibile, per evitare che rumori esterni distruggano gli effetti di interferenza. Nella Terra, la gravità fa inevitabilmente cadere il sistema verso il suolo, limitando la durata degli esperimenti a pochi secondi. La soluzione? Andare sullo spazio, in ambienti di microgravità.
Nell'articolo pubblicato su Nature [1] viene discussa la possibilità di effettuare esperimenti di Meccanica Quantistica nello spazio. Tale proposta comporta sfide sia di natura tecnica che economica che vengono analizzate e per le quali vengono suggerite possibili soluzioni. Data l’entità delle risorse umane ed economiche necessarie per l'implementazione del progetto, l’articolo conclude auspicando ad una collaborazione di natura internazionale.
Tra gli autori vi sono Sandro Donadi, borsista Post Doc della Sezione INFN di Trieste ed Angelo Bassi, professore di UniTs ed associato alla nostra Sezione, entrambi impegnati nello studio dei fondamenti della meccanica quantistica all'interno dell'iniziativa specifica BELL del gruppo IV.
[1] A. Belenchia, M. Carlesso, S. Donadi, G. Gasbarri, H. Ulbricht, A. Bassi & M. Paternostro, “Test quantum mechanics in space — invest US$1 billion”, Nature Comment (2021). Link all'articolo: https://www.nature.com/articles/d41586-021-02091-8
In foto: Christina Koch on the International Space Station, with hardware used to probe the quantum effects of gases chilled to almost absolute zero. Credit: NASA
