Come fotografare il mondo dei quanti

Troppo piccoli per potersi vedere. A lungo considerati enigmatici e imperscrutabili, perché sfuggono all’osservazione a occhio nudo, gli effetti della meccanica quantistica potrebbero perdere il loro alone di mistero. Un gruppo di ricercatori del Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) è infatti riuscito, tramite una sequenza di pulsazioni laser, a illuminare e fotografare eventi quantistici nel mondo “visibile”. La scoperta, pubblicata su Pnas, permetterebbe così di osservare questi effetti anche in fenomeni macroscopici, studiando il sottile limite che separa il mondo microscopico da quello classico.

L’idea di base dello studio parte dall’assunto che nella meccanica quantistica gli oggetti si comportano in maniera diversa nel momento in cui sono osservati. Così, negli eventi che vengono monitorati costantemente, l’effetto quantistico è quasi impossibile da vedere. Come se non bastasse, al crescere delle dimensioni degli oggetti diventa sempre più difficile rilevarlo. “Il risultato è simile a ciò che accade quando si cerca di fare una foto a qualcosa in movimento: se non c’è abbastanza luce l’immagine risulta sfocata” ha spiegato Michael R. Vanner del Vienna Doctoral School Complex Quantum Systems (CoQuS) a capo dello studio. “Allo stesso modo, nel nostro caso, era come se l’effetto quantistico fosse più confuso, quasi lavato via”.

Mimando quindi quanto si fa in fotografia, gli scienziati hanno pensato che come un flash illumina gli oggetti nascosti nell’ombra e “ferma” i movimenti producendo immagini più nitide, così una sequenza di pulsazioni laser li avrebbe potuti aiutare a rendere più chiari gli effetti quantistici in eventi macroscopici. In questo modo infatti i ricercatori hanno potuto ridurre l’incertezza sugli stati fisici degli oggetti considerati (quantum squeezing) ed effettuare alcune osservazioni quantistiche (quantum state tomography).

Secondo i ricercatori con questa nuova tecnica sarà possibile scrutare il mondo dei quanti a dimensioni del tutto nuove. In particolare, lo schema di lavoro proposto nell’articolo può essere applicato già oggi in tutti quegli esperimenti in atto che abbinano fenomeni quantistici a risonatori meccanici, ovvero oggetti vibranti dalle dimensioni macroscopiche. “Analizzando gli eventi in questo modo possiamo capire se e come dispositivi di dimensioni relativamente grandi possano essere usati nelle nuove tecnologie quantistiche”, ha aggiunto Vanner. “Ma soprattutto potremo finalmente far luce – è proprio il caso di dirlo – sull’apparente divisione tra il mondo dei quanti e quello classico, che ancora non ci è del tutto chiara.”

Riferimenti: Pnas doi: 10.1073/pnas.1105098108