L’esperimento della doppia fenditura potrebbe finalmente essere risolto?

Il famoso esperimento della doppia fenditura, una vetrina ormai classica di come sia la luce che la materia siano in grado di comportarsi sia come onde, sia come particelle nella loro “classica” definizione fisica–sembra quasi Magia a molti di noi.

A causa di questa funzione insolita del nostro universo fisico, l’esperimento della doppia fenditura ha incuriosito i fisici per decenni, poiché suggerisce la possibilità di più universi o strani quantistico eventi. Tuttavia, solo di recente i ricercatori della Vienna University of Technology (TU Vienna) hanno trovato un modo per convalidare completamente questo esperimento, utilizzando un particolare metodo di misurazione sulla particella.

Sfondo: cos’è l’esperimento della doppia fenditura?

Questo esperimento è stato eseguito per la prima volta dal matematico britannico Tommaso Giovani nel 1802. L’esperimento lavori facendo sparare un raggio elettorale su uno schermo con due fessure verticali al suo interno. Il raggio dovrebbe passare attraverso una fenditura o l’altra, creando a modello specifico sul muro dietro di loro. Tuttavia, in tutti i casi dell’esperimento in corso, gli elettroni attraversano entrambe le fenditure contemporaneamente, utilizzando una proprietà chiamata sovrapposizione quantistica. La sovrapposizione consente allo stato quantistico di un elettrone di trovarsi in due posti contemporaneamente, sommando fino a uno stato coerente. Come ricercatore di Tu Wien, Stefano Sponar ha spiegato: “Nell’esperimento classico della doppia fenditura, viene creato uno schema di interferenza dietro la doppia fenditura. Le particelle si muovono come un’onda attraverso entrambe le aperture contemporaneamente e le due onde parziali interferiscono quindi l’una con l’altra. In alcuni punti si rafforzano a vicenda, in altri si annullano a vicenda”.

Quando si tenta di misurare dove potrebbe trovarsi una particella dopo aver attraversato la doppia fenditura diventa un gioco di statistiche. Queste statistiche dipendono dal modello di interferenza della particella, in cui i luoghi vengono amplificati o cancellati l’uno dall’altro. Ciò rende la convalida dell’esperimento molto limitata. “Naturalmente, questo non è del tutto soddisfacente”, ha affermato il ricercatore Holger Hofmann dell’Università di Hiroshima, che ha contribuito a sviluppare la teoria alla base dell’esperimento. “Abbiamo quindi considerato come il fenomeno dell’inferenza bidirezionale può essere dimostrato sulla base del rilevamento di una singola particella”. L’interferenza bidirezionale è l’interferenza che si verifica tra due onde di particelle separate.

Analisi: separare le onde

Per esaminare le interferenze a due vie, i ricercatori hanno creato un nuovo metodo di misurazione. In questo metodo, l’onda quantistica di un neutrone è stata divisa in due onde, utilizzando a cristallo. Le due onde si sono mosse lungo percorsi individuali dove si sono poi ricombinate e interferite l’una con l’altra. I ricercatori hanno misurato questa interferenza. Hanno anche “etichettato” un’onda specifica manipolando l’angolo della particella, in modo da poter tracciare quale onda è andata in quale direzione. Da tentativi ed errori, i ricercatori hanno scoperto quale angoli erano necessari per replicare i risultati dell’esperimento della doppia fenditura.

Prospettive: un passo avanti per risolvere l’esperimento della doppia fenditura

“I nostri risultati di misurazione supportano la teoria quantistica classica”, ha spiegato Sponar. “La novità è che non si deve ricorrere ad argomentazioni statistiche insoddisfacenti. Quando si misura una singola particella, il nostro esperimento mostra che deve aver percorso due percorsi contemporaneamente e quantifica le rispettive proporzioni in modo inequivocabile”. Questo studio offre maggiori informazioni sul processo alla base del famoso esperimento e consente ulteriori ricerche per aiutare a far avanzare il campo della fisica quantistica.

Kenna Castleberry è una scrittrice dello staff del Debrief e del Science Communicator presso JILA (una partnership tra l’Università del Colorado Boulder e il NIST). Si concentra sulla tecnologia profonda, sul metaverso e sulla tecnologia quantistica. Puoi trovare altri suoi lavori sul suo sito web: https://kennacastleberry.com/

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