Il gatto di Schrödinger diventa “caldo”. Un gruppo di scienziati del Dipartimento di fisica sperimentale alla University of Innsbruck e dell’Istituto di ottica e informazione quantistica (Iqoqi) alla Austrian academy of sciences (Öaw) è infatti riuscito a creare un cosiddetto “stato caldo del gatto di Schroedinger” in un particolare materiale, detto risonatore a microonde superconduttore. Di là del gergo tecnico, vuol dire che i fisici austriaci hanno osservato fenomeni quantistici in condizioni leggermente meno “perfette”, e più semplici di realizzare, rispetto alle temperature vicinissime allo zero assoluto cui finora era necessario portare le particelle per poter osservare fenomeni quantistici di questo tipo. Lo studio che illustra l’esperimento, che qualche tempo fa era già stato caricato sul server ArXiv, ha ora superato la revisione dei pari ed è stato pubblicato sulla rivista Science Advances.
Cos’è il gatto di Schrödinger
Anzitutto, un necessario riepilogo delle puntate precedenti. La fisica moderna poggia su due grandi pilastri, gettati entrambi nella prima metà del secolo scorso. La meccanica quantistica, che con le sue leggi descrive il comportamento di onde e particelle su scale spaziali microscopiche, e la relatività generale, che spiega il comportamento della gravità in termini di una sorta di deformazione dello spazio-tempo, la struttura quadridimensionale in cui siamo immersi. La meccanica quantistica, in particolare, postula (tra le altre cose) che un oggetto fisico possa esistere in una combinazione – o più precisamente sovrapposizione – di più stati diversi: per esempio può trovarsi in più posizioni o avere diverse velocità nello stesso momento. Questo fenomeno viene descritto da una funzione di probabilità, la cosiddetta funzione d’onda, in cui (parlando rozzamente) a ciascuno stato di questa miscela, di questa sovrapposizione, è associata una certa probabilità. Inoltre, un sistema quantistico è estremamente sensibile alle perturbazioni esterne, prima fra tutti l’osservazione: nel momento in cui si osserva un sistema quantistico, questo “collassa” su uno stato particolare e da quel momento in poi ogni sua variabile ha solo il valore osservato nella misura: tale fenomeno si chiama collasso della funzione d’onda. Il fisico austriaco Erwin Schrödinger si è servito di un esempio diventato poi famosissimo per illustrare questo paradosso, paragonando un sistema quantistico a un gatto chiuso in una scatola a cui è collegato un dispositivo potenzialmente letale: se una certa sostanza esegue un decadimento radioattivo, questo fenomeno rompe una boccetta di veleno che provoca la morte del gatto. Dal momento che il decadimento radioattivo è un fenomeno quantistico, in virtù di quanto dicevamo sopra il gatto si può considerare (paradossalmente) vivo e morto allo stesso tempo finché qualcuno non guarda dentro la scatola, ossia compie una misura sul sistema. Ora, tutto questo è stato in realtà già riprodotto su scala macroscopica: nel 2023, un’équipe di ricercatori dell’Eth di Zurigo ha ricreato una versione dell’esperimento in cui il gatto è sostituito da un cristallo oscillante, la sostanza radioattiva è sostituita da un circuito superconduttore e il marchingegno che collega il gatto alla sostanza radioattiva è uno strato di materiale piezoelettrico in grado di generare un campo elettrico quando il cristallo cambia forma mentre oscilla. Con questo setting, i ricercatori hanno osservato che effettivamente il cristallo oscilla in due diverse direzioni contemporaneamente (ossia è in una sovrapposizione di stati, ossia è allo stesso tempo vivo e morto) finché non si compie una misura, facendo collassare il sistema su uno dei due stati.
I gatti precedenti
Nel corso degli anni, inoltre, la fisica che sta intorno al paradosso del gatto di Schrödinger è stata studiata da tante angolazioni: nel 2024 un gruppo di ricercatori cinesi ha raffreddato circa 10mila atomi di itterbio a pochi millesimi sopra lo zero assoluto e li ha intrappolati usando della luce laser, creando di fatto un sistema con una sovrapposizione di stati quantistici diversi (cioè un gatto vivo e morto allo stesso tempo) che è rimasto stabile per circa 23 minuti. Qualche mese fa, un’altra équipe di scienziati ha “rinchiuso” un atomo di antimonio, elemento pesante il cui spin nucleare può assumere otto direzioni diverse e che gli autori del lavoro hanno paragonato a “un gatto di Schrödinger con sette vite”, in un chip di silicio simile a quelli che si trovano nei nostri computer e cellulari. Un lavoro precedente, del 2019, ha mostrato che in linea di principio è possibile anticipare e prevedere se in un dato sistema fisico sta per avvenire un salto quantistico, ossia prevedere se il “gatto” sta per morire – ed eventualmente salvarlo. Un altro modello, ancora più esotico, ha addirittura legato la soluzione del paradosso del gatto di Schrödinger all’esistenza di un multiverso: sostanzialmente il gatto sarebbe vivo e morto in mondi diversi, solo uno dei quali si intersecherebbe con il nostro, guadagnandosi il diritto di essere considerato “reale”.
Caldo, ma non troppo
Ma torniamo con i piedi per terra. Una costante della maggior parte degli esperimenti condotti finora è il fatto che per osservare fenomeni di questo tipo è necessario portare il sistema a temperature bassissime, molto vicine allo zero assoluto. Questo perché i sistemi quantistici sono estremamente fragili, e qualsiasi interferenza esterna (in particolare, in questo caso, l’agitazione dovuta alla temperatura) li può facilmente sconquassare e rendere di fatto inosservabili. Qui entra in gioco il nuovo studio: il gruppo di autori, guidati da Gerhard Kirchmair e Oriol Romero-Isart, sono riusciti a mostrare per la prima volta che è effettivamente possibile creare sovrapposizioni quantistiche anche da stati eccitati termicamente – cioè a temperature (leggermente) più lontane dallo zero assoluto. “Nel suo esperimento mentale – ha spiegato Kirchmair – Schrödinger ha ipotizzato di avere a che fare con un gatto ‘vivente’, cioè caldo, o quantomeno non allo zero assoluto. Volevamo capire se questi effetti quantistici possono essere riprodotti e osservati anche se non si parte dallo stato di più bassa energia, cioè quello dello zero assoluto”.
Fonte : Wired
