Un teorema scuote i fondamenti della teoria dei quanti

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In un articolo definito "sismico" per il possibile impatto sulla meccanica quantistica, tre ricercatori mostrano che la funzione d’onda - sulla cui interpretazione i fisici discutono dal 1920 - non è uno strumento puramente statistico ma un oggetto fisicamente reale di Eugenie Samuel Reich



Al cuore della stranezza per cui la meccanica quantistica è famosa c’è la funzione d'onda, una potente ma misteriosa entità che viene utilizzata per determinare le probabilità che le particelle quantistiche possiedano determinate proprietà. Ora, un preprint pubblicato online il 14 novembre (Matthew F. Pusey, Jonathan Barrett, Terry Rudolph, The quantum state cannot be interpreted statistically) riapre la questione di ciò che la funzione d'onda rappresenta, dando una risposta che potrebbe colpire al cuore la teoria dei quanti. Mentre in genere i fisici interpretano la funzione d'onda come uno strumento statistico che riflette la nostra ignoranza sulle particelle oggetto di valutazione, gli autori di questo recente articolo sostengono che essa sia, invece, fisicamente reale.

"Non vorrei sembrare enfatico, ma credo che a questo documento andrebbe probabilmente applicata la parola 'sismico’ ", spiega Antonio Valentini, fisico teorico specialista in fondamenti quantistici alla Clemson University, in South Carolina. Valentini ritiene che, per quanto riguarda i fondamenti della meccanica quantistica, questo risultato possa costituire il teorema generale più importante dai tempi del teorema di Bell, con cui, nel 1964, il fisico nord-irlandese John Stewart Bell dimostrò che, se la meccanica quantistica descrive entità reali, deve includere la misteriosa "azione a distanza ".

L’azione a distanza si verifica quando coppie di particelle quantistiche interagiscono in modo tale da non essere quantisticamente separabili, cioè entangled.
Ma il nuovo articolo, scritto da tre fisici, coordinati da Matteo Pusey dell'Imperial College di Londra, presenta un teorema che mostra che, se la funzione d'onda quantistica fosse uno strumento puramente statistico, allora anche gli stati quantistici che non sono spazialmente e temporalmente collegati sarebbero in grado di comunicare l’uno con l'altro. Dato che sembra molto improbabile che ciò sia vero, i ricercatori concludono che la funzione d'onda deve essere, alla fine, fisicamente reale.

David Wallace, filosofo della fisica all'Università di Oxford, in Gran Bretagna, afferma che il teorema è il risultato più importante nei fondamenti della meccanica quantistica che abbia visto nei suoi 15 anni di carriera: "Dissolve l’oscurità e mostra che non si può dare un'interpretazione probabilistica di uno stato quantico".

Il dibattito storiografico

Il dibattito sull’interpretazione della funzione d'onda risale al 1920. Nell’interpretazione di Copenaghen, introdotta dal fisico danese Niels Bohr, la funzione d'onda era considerata uno strumento di calcolo: dà risultati corretti quando è utilizzata per calcolare la probabilità di particelle che hanno diverse proprietà, ma i fisici non sono stati incoraggiati a cercare una spiegazione più profonda di ciò che è la funzione d'onda.

Anche Albert Einstein favorì un’interpretazione statistica della funzione d'onda, sebbene pensasse che doveva esserci qualche altra realtà sottostante non ancora conosciuta. Ma altri, come il fisico austriaco Erwin Schrödinger, considerarono la funzione d'onda, almeno inizialmente, come un oggetto fisico reale.

In seguito l'interpretazione di Copenaghen divenne meno popolare, ma l'idea che la funzione d'onda riflettesse ciò che noi possiamo conoscere del mondo, piuttosto che la realtà fisica, è tornato in auge negli ultimi 15 anni con la nascita della teoria dell'informazione quantistica, osserva Valentini.

Pusey e colleghi potrebbero porre fine a questa tendenza. Il loro teorema afferma in modo molto chiaro che i singoli stati quantistici devono "sapere" esattamente in quale stato sono stati preparati, altrimenti i risultati delle misurazioni su di essi porterebbero a risultati in contrasto con la meccanica quantistica.

Gli autori si sono rifiutati di rilasciare dichiarazioni fintanto che il testo non avrà superato la valutazione della rivista-a cui è stato presentato, ma nell’articolo si dice che la scoperta è simile all’idea che una singola moneta lanciata in un modo “distorto” (biased) - per esempio, in modo che venga “testa” sei volte su dieci – abbia la proprietà fisica intrinseca di essere distorta, in contrasto con l'idea che la distorsione sia semplicemente una proprietà statistica degli esiti di più lanci della moneta.

L’informazione quantistica

Robert Spekkens, fisico del Perimeter Institute for Theoretical Physics a Waterloo, in Canada, e sostenitore di un’interpretazione statistica della funzione d'onda, dice che il teorema di Pusey è corretto e che rappresenta un risultato "fantastico", ma anche di non essere d'accordo sulle conclusioni che ne vanno tratte, preferendo l’interpretazione secondo cui tutti gli stati quantistici, anche quelli non entangled, sarebbero, in fin dei conti, correlati.

Spekkens aggiunge di aspettarsi che il teorema possa avere conseguenze di più ampia portata per la fisica, così come è avvenuto per quello di Bell e per altri teoremi fondamentali. Nessuno, nel 1964, aveva previsto che il teorema di Bell avrebbe gettato i semi per la teoria dell'informazione quantistica e per la crittografia quantistica, che si basano entrambe su fenomeni che non sono possibili nella fisica classica. Secondo Spekkens questo teorema potrà quindi avere un impatto simile: "E’ molto importante e bello nella sua semplicità".

http://www.lescienze.it/news/2011/11...quanti-677279/

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