Entanglement quantistico
L’entanglement quantistico è un fenomeno della meccanica quantistica in cui due o più particelle diventano così strettamente correlate da comportarsi come un unico sistema, anche se si trovano a chilometri o addirittura anni luce di distanza.
In pratica, le loro proprietà (come lo spin, la polarizzazione o altre grandezze) non sono più indipendenti: conoscere lo stato di una particella ci dice automaticamente qualcosa sull’altra.
Non si tratta di un trucco: è la natura stessa delle particelle quantistiche a comportarsi così.
Ad esempio, è come avere due particelle, A e B. Prima di misurarle, ciascuna si trova contemporaneamente sia nello stato di spin up sia nello stato di spin down (questo si chiama “sovrapposizione quantistica”). Se le particelle sono "entangled", ossia intrecciate e correlate in modo inseparabile, nel momento stesso in cui misuro la particella A e scopro che ha spin up, la particella B avrà immediatamente spin down, anche se si trova su Marte. E viceversa.
La caratteristica più sorprendente dell’entanglement è che queste correlazioni si manifestano istantaneamente, indipendentemente dalla distanza tra le particelle (Non-Località).
È come se lo spazio non esistesse per le particelle entangled.
Questo fenomeno sembra mettere in crisi il principio di località, secondo cui nessuna influenza può propagarsi più veloce della luce. E ha dato parecchi grattacapi a fisici come Einstein.
I dubbi di Einstein
Nel 1935, Albert Einstein, insieme a Podolsky e Rosen, formulò il famoso paradosso EPR. Secondo Einstein, la meccanica quantistica doveva essere incompleta. Non accettava l’idea che due particelle potessero influenzarsi a distanza in modo istantaneo senza un meccanismo nascosto.
Einstein chiamò questo fenomeno “azione spettrale a distanza” (“spooky action at a distance”), espressione diventata poi famosa.
Il Teorema di Bell: la natura non è così locale
Nel 1964, il fisico John Bell dimostrò un risultato rivoluzionario. Con il suo teorema, stabilì che nessuna teoria “locale” a variabili nascoste può riprodurre esattamente tutte le previsioni della meccanica quantistica.
In altre parole, o accettiamo che la natura sia non locale, oppure dobbiamo rinunciare all’idea che le particelle abbiano proprietà definite prima della misura.
Gli esperimenti confermarono la meccanica quantistica
Tra il 1981 e il 1982, il fisico francese Alain Aspect realizzò esperimenti che verificarono le previsioni quantistiche.
Misurò correlazioni tra particelle entangled e osservò violazioni delle disuguaglianze di Bell, provando che il mondo quantistico non si comporta secondo la logica classica.
Nota. Esperimenti più recenti, come quelli di Anton Zeilinger, hanno confermato questi risultati con tecniche ancora più sofisticate. Per queste ricerche, Aspect, Zeilinger e John Clauser hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica nel 2022.
Come si ottiene l’entanglement
Due particelle possono diventare entangled in diversi modi:
- Interagendo fisicamente tra loro per un certo tempo.
- Nascendo insieme in un unico processo, come un decadimento radioattivo o la produzione simultanea di due fotoni in un cristallo.
Dopo l’interazione, il sistema si descrive con un unico stato quantistico globale, e non possiamo più separare le informazioni di ciascuna particella.
In sintesi, l’entanglement ci dice che il mondo quantistico è profondamente interconnesso. Le particelle non vivono vite separate, ma condividono uno stato comune, anche a distanze cosmiche.
È uno dei fenomeni più affascinanti della fisica moderna.
E così via.
