Il Nobel per la Fisica alle interazioni tra luce e materia

È stato assegnato a Serge Haroche e David Wineland il Premio Nobel per la Fisica 2012, per i loro “innovativi metodi sperimentali che permettono la misurazione e la manipolazione di sistemi quantistici individuali”, come recita la motivazione ufficiale.

Niente bosone, quindi, ma sempre meccanica quantistica e fisica sperimentale. L’ Accademia Reale Svedese delle Scienze ha sconfessato tutti i pronostici: i rumors dell’ultima ora, che indicavano in Peter Higgs un potenziale candidato al premio, e le previsioni di Thomson Reuters, l’agenzia di stampa che ogni anno stila un elenco dei papabili.

Ancor prima di parlare dei vincitori, veniamo anzitutto al tema più caldo: perché il Nobel non è andato all’83enne professor Higgs e ai fisici del Cern? Possiamo formulare una serie di ipotesi in proposito: anzitutto, si tratta di una scoperta troppo recente (sebbene la teorizzazione dell’esistenza della cosiddetta particella di Dio risalga al 1964, solo a luglio 2012 è stato osservato un bosone che gli somiglia parecchio); inoltre, la comunità è ancora in attesa di sciogliere le ultime riserve per confermare che la particella osservata sia esattamente quella prevista dalla teoria. Evidentemente, la commissione ha scelto la strada della cautela nell’assegnazione del premio; in ogni caso, sembra essere solo questione di tempo. Quando arriveranno le conferme e la scoperta avrà “sedimentato”, probabilmente già l’anno prossimo, nessuno potrà negare il Nobel al fisico statunitense e all’équipe europea.

Ora, la parola ai vincitori. “Non me lo aspettavo neanche io, è una splendida notizia. Appena ho visto sul telefono il prefisso svedese, ho dovuto mettermi seduto”, questo il primo commento di Haroche, che, sostiene, festeggerà il premio con un calice di champagne e poi si rimetterà al lavoro in laboratorio.

Ma chi sono i due scienziati che dovranno spartirsi la torta del Nobel, che vale quasi un milione di euro? Haroche è un fisico francese, nato nel 1944 a Casablanca, in Marocco. Ha conseguito il dottorato di ricerca nel 1971 all’ Université Pierre et Marie Curie di Parigi e attualmente insegna al Collège de France e all’ École Normale Supérieure. Wineland, anche lui classe ’44, è statunitense, si è dottorato alla Harvard University di Cambridge ed è professore al National Institute of Standards and Technology di Boulder, in Colorado.

I due fisici hanno inventato e sviluppato, in modo indipendente, una serie di metodi sperimentali per misurare e manipolare singole particelle preservandone la natura quantistica, in un modo finora considerato impossibile. Che vuol dire? Per comprenderlo, è necessario fare appello a una delle leggi fondamentali della meccanica quantistica: il principio di sovrapposizione, secondo il quale una particella può essere in più stati diversi contemporaneamente.

Paradossale, rispetto al mondo macroscopico cui siamo abituati: mentre una mela normale non può essere qui e lì contemporaneamente, per una mela quantistica sarebbe possibile.

I paradossi del mondo dei quanti non finiscono qui: anzi, ora viene il meglio. La sovrapposizione è altamente sensibile all’interazione con l’ambiente, nel senso che ogni osservazione fa sì che la particella quantistica collassi, questo il termine usato dagli scienziati, in uno solo degli stati permessi. È il classico esempio del gatto di Schrödinger: un felino chiuso in una scatola con una fiala di veleno, che viene rilasciato solo se un certo atomo radioattivo, anch’esso all’interno della scatola, decade. Poiché il decadimento è un fenomeno regolato dalla meccanica quantistica, il materiale radioattivo si trova in un indefinito stato di sovrapposizione finché non lo si osserva: e, di conseguenza, anche l’animale sarà contemporaneamente vivo e morto. Aprendo la scatola, il gatto collasserà su uno dei due possibili stati.

In questo contesto si inseriscono i lavori dei neopremiati, che hanno ricostruito lo stato quantistico del “gatto”quando questi viene a contatto con il mondo reale. In particolare, Haroche e Wineland hanno messo a punto una serie di esperimenti con cui sono riusciti a comprendere nel dettaglio come l’atto dell’osservazione e della misura causi il collasso e la perdita dello stato di sovrapposizione. Naturalmente, anziché servirsi di un felino, i fisici hanno utilizzato ioni e fotoni (decisamente meno macroscopici ma comunque abbastanza grandi per gli standard della meccanica quantistica), riuscendo a esaminare e misurare le proprietà di ogni singola particella. Le applicazioni del loro lavoro sono più che promettenti: la realizzazione dei famosi computer quantistici superpotenti e di nuovi orologi atomici centinaia di volte più precisi di quelli attualmente utilizzati.

Via: Wired.it

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