Comprendere i fondamenti della fisica quantistica: i Laboratori Nazionali di Frascati alla guida del progetto europeo TEQ
Immaginate di assistere a un calcio di rigore. L’attaccante tira verso il portiere, ma la palla inaspettatamente si sposta sia a destra che a sinistra e finisce inesorabilmente in rete. Questo è quello che succederebbe se avessimo a che fare con una palla grande quanto una particella elementare oppure un atomo e questa è la meccanica quantistica, quell’insieme di regole controintuitive e apparentemente magiche che descrivono il mondo microscopico.
Fino a circa un secolo fa si pensava che tutti i fenomeni potessero essere spiegati dalle leggi di fisica classica formulate da Newton. Oggi, tuttavia, la meccanica quantistica fornisce la comprensione accurata dei sistemi fisici microscopici ed è alla base dei processi alla base di applicazioni di ogni tipo, dalla risonanza magnetica ai laser, fino ai moderni GPS.
La meccanica quantistica è affascinante, ma anche innegabilmente “strana”: secondo il principio di sovrapposizione (QSP), ad esempio, un sistema fisico microscopico può trovarsi in due configurazioni perfettamente distinguibili nello stesso istante. Questo principio è stato dimostrato da numerosi dati sperimentali, tuttavia non è chiaro se possa essere valido anche nel mondo macroscopico.
Queste domande sono al centro del Progetto Europeo Collaborativo (FET) TEQ (Testing the large-scale limit of quantum mechanics) vinto da un consorzio di otto gruppi di ricerca, tra cui anche l’INFN-LNF, sotto la guida di Catalina Oana Curceanu, e la società MSquared. Il progetto, che partirà a gennaio 2018, è una delle 26 proposte di tipo FET (Future and Emerging Technologies) accettate dalla Commissione Europea su 374 presentate e verrà finanziato con 4,4 milioni di euro.
Il team dei 9 partners farà levitare una piccola sfera all’interno di un ambiente ben controllato e a bassisima temperatura. In tale ambiente sarà realizzato un test indiretto della QSP, analizzando accuratamente il rumore che influenza il moto del centro di massa della sfera intrappolata. Una volta misurato, il rumore verrà confrontato con le predizioni teoriche derivanti da diversi modelli, alcuni dei quali assumono una limitazione nella validità della QSP.
L’ambizione del progetto è quella di stabilire i limiti ultimi della validità della teoria quantistica, nel caso esistano. “Questa è la domanda che ci stiamo ponendo”, afferma Catalina Oana Curceanu, responsabile del team dei LNF-INFN in TEQ, “ed è stata e continua ad essere oggetto di intensa discussione nonché di test sperimentali nella comunità dei fisici. Nell’ambito di TEQ disponiamo degli strumenti sperimentali giusti per ottenere una risposta. Possiamo davvero compiere un grande passo in avanti, tanto nella scienza fondamentale che nelle tecnologie quantistiche del futuro. Il gruppo dei LNF-INFN contribuirà alla progettazione e realizzazione dell’elettronica per l’esperimento, nonché alla realizzazione dell’apparato sperimentale e della misura. Aver vinto con TEQ una competizione così agguerrita rafforza l’importanza delle indagini sulla teoria quantistica anche nell’ambito di sviluppi delle future, affascinanti, tecnologie quantistiche”.
