Come è possibile che una luce sia allo stesso tempo accesa e spenta? Un esperimento realizzato dall’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Ino-Cnr) di Firenze e del Laboratorio europeo di spettroscopia non lineare dell’Università di Firenze (Lens) ha dimostrato per la prima volta che in uno stato di luce ibrido un fotone, la particella fondamentale della luce, è sia presente che assente e un debole impulso laser può avere contemporaneamente due fasi opposte.
Lo studio, guidato da Marco Bellini e Alessandro Zavatta, col supporto di colleghi teorici coreani e australiani delle Università di Seoul e del Queensland, è descritto su ‘Nature Photonics’ parte da una semplice domanda : perché alcune delle strane proprietà che valgono nell’infinitamente piccolo, quale la possibilità che una particella si trovi contemporaneamente in più stati diversi, non si ritrovano anche negli oggetti macroscopici di tutti i giorni?
“La meccanica quantistica, infatti, non vieta tali possibilità”, racconta Marco Bellini dell’Ino-Cnr, “quello che per la prima volta abbiamo dimostrato sperimentalmente è la produzione di un cosiddetto stato di luce ‘entangled’ ibrido classico-quantistico. Nel nostro caso, il ruolo dell’atomo è sostenuto da un singolo fotone: se il fotone è presente, l’impulso di luce ha una determinata fase, mentre se il fotone è assente, ha la fase opposta, cioè i ‘picchi’ e le ‘valli’ dell’oscillazione del suo campo elettromagnetico sono scambiati. Finché non viene effettuata una misura che costringa il sistema a decidere, le due alternative sono entrambe vere allo stesso tempo: il fotone è sia presente che assente e, corrispondentemente, il debole impulso luminoso ha due fasi opposte”.
Attraverso questo esperimento, la ricerca ha provato quello che nella meccanica quantistica viene chiamato il paradosso del “gatto di Schrödinger”. Il fisico austriaco sosteneva che se mettessimo un gatto chiuso in un contenitore ermetico assieme a un atomo radioattivo e a una fialetta di veleno con una probabilità del 50%, l’atomo potrebbe decadere, emettendo una particella radioattiva che romperebbe la fiala ed ucciderebbe il gatto. Ma secondo la fisica quantistica, l’atomo potrebbe però trovarsi anche in una situazione intermedia, in cui è contemporaneamente decaduto e no, quindi la fiala di veleno sarebbe sia rotta che intera, e il povero gatto sarebbe in uno strano stato sospeso, vivo e morto allo stesso tempo.
La ricerca permetterà di capire meglio perché è così difficile trovare oggetti macroscopici in questi ‘strani’ stati sovrapposti e a quale livello le previsioni della meccanica quantistica smettano quindi di funzionare. Inoltre, la prima realizzazione di uno stato di luce così particolare consentirà di mettere a punto i pezzi fondamentali (ripetitori, memorie e interfacce) di una futura rete di comunicazioni e computer quantistici, dalle prestazioni ancora inimmaginabili.
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