È crollato il realismo locale

Ottenuta a Delft, in Olanda, la prima verifica sperimentale loophole-free (senza scappatoie) di violazione della disuguaglianza di Bell. I risultati, pubblicati su Nature, rappresentano una convalida senza precedenti degli aspetti più controintuitivi della meccanica quantistica

Il set dell’esperimento presso il campus della Delft University of Technology, con i due laboratori A e B alle estremità, separati da 1.3 km, e il laboratorio C in basso al centro. Crediti: Slagboom en Peters BV
Il set dell’esperimento presso il campus della Delft University of Technology, con i due laboratori A e B alle estremità, separati da 1.3 km, e il laboratorio C in basso al centro. Crediti: Slagboom en Peters BV

Caro Albert, qua tocca proprio rassegnarsi: meccanica quantistica batte plausibilità, senza possibilità d’appello. E quale che sia la misteriosa relazione fra Alice e Bob, certo è che non soggiace a quelle due assunzioni in apparenza così ragionevoli che sono il realismoe la località. A stabilirlo in modo pressoché definitivo, per la prima volta senza “scappatoie” (loopholes), un esperimento durato 18 giorni realizzato presso i laboratori della Technische Universiteit di Delft, in Olanda, sotto la guida di Bas Hensen eRonald Hanson, e pubblicato oggi su Nature.

Per farci un’idea della portata di questo risultato, conviene partire dal principio entrato definitivamente in crisi, quello appunto del realismo locale, stando al quale un’azione fra due o più entità non può propagarsi più veloce della luce (principio di località) e un’osservazione rivela proprietà fisiche preesistenti e indipendenti rispetto all’osservazione stessa (realismo, appunto). Un principio talmente ragionevole che lo stesso Albert Einstein proprio non poteva accettare di rinunciarvi, bollando le bizzarrie previste dalla meccanica quantistica, in particolare quelle relative a fenomeni d’entanglement, come “spettrali azioni a distanza” (spooky actions at a distance).

Una via elegante e percorribile per mettere sperimentalmente alla prova il realismo locale la indica un teorema formulato nel 1964 da John Bell. Da allora, d’esperimenti che si rifanno al teorema di Bell, in grado di misurare in laboratorio – o meglio, in coppie di laboratori – le sue disuguaglianze, se ne sono svolti a decine, dimostrando sperimentalmente la violazione delle disuguaglianze e consacrando così vincitrice la meccanica quantistica.

Ma un’ombra aleggiava fino a oggi su questi risultati: la possibilità di loopholes, ovvero di potenziali “scappatoie” che l’assetto sperimentale non fosse riuscito a escludere completamente. Anzitutto scappatoie relative alla separazione causale fra i due laboratori di volta in volta coinvolti: per mettere in crisi il principio di località con il rigore richiesto, devono essere sufficientemente distanti fra loro e dotati di apparati sufficientemente veloci da garantire che, anche comunicando alla velocità della luce, non possano “barare”, ovvero scambiarsi informazioni sui rispettivi stati e risultati. Ma anche scappatoie relative all’efficienza del sistema di misura: per sgombrare il campo dalla possibilità che vengano misurati alcuni eventi e non altri, e dunque che a invalidare il realismo sia proprio l’azione della misura sul risultato e non un errore di selezione, dev’essere tale da tenere conto di tutte le coppie in entanglement prodotte.

Ebbene, prima dell’esperimento di Delft queste due potenziali falle metodologiche erano state gestite con successo soltanto una per volta, mai entrambe allo stesso tempo. Per tappare tutti i loopholes, Hensen e colleghi hanno fatto ricorso a un assetto sperimentale (vedi il primo dei due video qui sotto) un po’ diverso da quello standard: tre laboratori, invece dei due canonici, con Alice e Bob (A e B, i due laboratori principali, vedi figura in alto) a 1280 metri di distanza l’uno dall’altro e il laboratorio di misura C più o meno a metà strada. In A in B hanno poi generato coppie elettrone-fotone in entanglement, con l’elettrone intrappolato grazie a un’impurità (un centro NV, ovvero una lacuna abbinata a un atomo d’azoto) nel reticolo d’un chip di diamante raffreddato a 4K e il fotone inviato, tramite fibra ottica, al laboratorio C. Mentre in A e B i dispositivi misuravano, dopo aver variato in modo casuale l’assetto della misura stessa, lo spin dei due elettroni registrando di volta in volta il risultato, in C si valutava, confrontando i due fotoni ricevuti, se gli elettroni di A e B si trovassero in stato d’entanglement. Eventualità che, durante le 220 ore di durata dell’esperimento, s’è presentata circa una volta all’ora. Per l’esattezza, 245 volte: un numero sufficiente per un test statisticamente significativo della disuguaglianza di Bell.

In base ai principi del realismo locale, il valore dei risultati dovrebbe essere in media minore o uguale a 2 (vedi l’animazione a fumetti qui sotto). Il numero ottenuto al termine dell’esperimento è invece superiore – 2.42 – dimostrando così la violazione della disuguaglianza. E confermando, per la prima volta senza “scappatoie”, che il realismo locale deve alzare bandiera bianca innanzi alle previsioni teoriche della meccanica quantistica.

Per saperne di più:

Guarda questo video (in inglese) sull’esperimento e sui concetti di località ed entanglement quantistico

Guarda quest’animazione (in inglese) per una chiara spiegazione a fumetti del test di Bell

 

Articolo originale QUI.

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16 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. in termini cosmici, che significato ha questa scoperta?
    un fenomeno che accade in un punto x dell'universo noi potremmo osservarlo in un punto y distante e non riconducibile ad esso solo per uno stato di entanglement?

  2. Per chi fosse interessato, questo è un buon video che spiega l entanglement quantistico https://youtu.be/QEQWNOxxfa8 dura 4 minuti

    A quanto pare Einstein aveva torto riguardo l impossibilità di non-località dei fenomeni quantistici. A quanto pare esiste la possibilità concreta di trasmettere informazioni a velocità istantanea.
    Una delle possibili interpretazioni del fenomeno dell entanglement è l ipotesi dell universo olografico, secondo la quale le distanze tra le particelle correlate sono solo apparenti. Quindi non è che viene superata la velocità della luce, bensì a quanto pare i due sistemi sono collegati attraverso reti invisibili in un universo bidimensionale, che noi però percepiamo come tridimensionale.
    In effetti molti studi dimostrano che le informazioni contenute in un volume di spazio possono essere racchiuse tutte sulla superficie di quello stesso volume. Tra questi anche lo studio dell entropia dei buchi neri. Quindi si tratta di un forte indizio che dimostra la possibilità di avere solo un universo apparentemente tridimensionale e separato da distanze, ma in realtà bidimensionale e compatto, in cui particelle apparentemente distanti interagiscono istantaneamente.

  3. @etruscastro, non parliamo di una scoperta, ma di una conferma di quello che è l'entanglement quantistico.
    Einstein non credeva nella meccanica quantistica così come si veniva delineando (anche se è stato proprio lui uno dei fondatori) perchè cozzava e cozza tutt'ora terribilmente con la relatività.

    Di fatto, due particelle entangled sono a tutti gli effetti in uno stato di "sovrapposizione correlata": detto in parole povere, se due particelle A e B possono esistere in due stati soltanto (solo su o solo giù, per esempio) e sono correlate fra loro, fintanto che non viene determinato lo stato di almeno una di loro il loro stato è sovrapposto (su e giù contemporaneamente per entrambe).
    Ma quando leggiamo lo stato di una delle due, esso può essere solo uno dei possibili (su o giù).

    Il punto che Einstein non accettava è che, una volta misurato lo stato della particella A (immaginiamo sia su) istantaneamente anche la particella B non è più in sovrapposizione, ma si trova nello stato restante (quindi, giù).
    Questo implica che la meccanica quantistica non segue le leggi della RG, perchè altrimenti la comunicazione dovrebbe svolgersi al massimo alla velocità della luce, e non in modo istantaneo.

    Visto però che la meccanica quantistica dava risultati esatti, per mantenere capra e cavoli Einstein dovette supporre l'esistenza di condizioni nascoste (variabili nascoste) che guidavano in modo deterministico e in accordo con la RG la meccanica quantistica.
    Ma Bell, col suo teorema, dimostrò che questo era impossibile già a livello teorico.
    Mancavano solo conferme sperimentali, che mano a mano sono venute. Purtroppo, tutti gli esperimenti risentivano di alcuni "bachi", che quest'ultimo esperimento ha chiuso definitivamente.

    Se volete saperne di più, ne abbiamo parlato già QUI, QUI e QUI.

  4. - Il Principio di località afferma che oggetti distanti non possono avere influenza istantanea l'uno sull'altro.

    - Il Realismo locale è la combinazione del principio di località con l'assunto realistico che tutti gli oggetti debbano oggettivamente possedere dei valori preesistenti per ogni possibile misurazione prima che queste misurazioni vengano effettuate.

    - Il Realismo è la convinzione che esista una realtà indipendentemente dai nostri schemi concettuali.


    Domanda: se crolla il principio di località, semplicemente posso affermare che l informazione si propaga più velocemente della luce.
    Ma se crolla il principio realista, quali conclusioni posso trarre? Sarebbe a dire che senza realismo non esiste una realtà oggettiva indipendente dall osservatore?
    Mi interesserebbe avere qualche opinione al riguardo se possibile.

  5. IMHO, possiamo dire solo che esiste un ventaglio di possibilità realistiche e realizzabili con diverse probabilità. Dopo di che, quale delle probabili realtà diventa effettivamente reale dipende dalle nostre interazioni col mondo.
    Per quanto ho capito, Kant concepiva la realtà non come qualcosa di oggettivo e indipendente da noi, ma come una nostra costruzione. L'uomo come creatore di universi. Direi che non aveva idea di quanto avesse ragione.... [emoji6]

  6. Citazione Originariamente Scritto da Red Hanuman Visualizza Messaggio
    L'uomo come creatore di universi. Direi che non aveva idea di quanto avesse ragione.... [emoji6]
    o forse sì?

  7. Citazione Originariamente Scritto da DarknessLight Visualizza Messaggio
    Una delle possibili interpretazioni del fenomeno dell entanglement è l ipotesi dell universo olografico, secondo la quale le distanze tra le particelle correlate sono solo apparenti. Quindi non è che viene superata la velocità della luce, bensì a quanto pare i due sistemi sono collegati attraverso reti invisibili in un universo bidimensionale, che noi però percepiamo come tridimensionale.
    Prendo a prestito questa frase di Dark per fare una mia personale precisazione, punto di vista ovviamente.
    E' più logico pensare ad un universo multidimensionale che noi vediamo in 3D piuttosto che reti invisibili di un universo bidimensionale. Le reti sono invisibili proprio perchè non appaiono nelle nostre dimensioni ma agiscono attraverso le altre a noi sconosciute. Questo potrebbe dimostrare anche perchè alcune delle nostre leggi fisiche non sono complete e pertanto coerenti nel descrivere la realtà come ci appare.

  8. Anche questo è vero... Se non sbaglio infatti la supersimmetria SuSi prevista dalla teoria delle stringhe prevede l esistenza di un universo a 11 dimensioni

    Accidenti! Per me quattro sono già troppe

  9. Siamo sicuri che con questo esperimento si sia definitivamente dimostrata la comunicazione istantanea a distanza o possiamo ancora sperare che la "razionalità" sopravviva? Prima di questo esperimento ero convinto che fosse già stato dimostrato, con buona pace di Einstein. Quest'articolo ha, per me, avuto l'effetto contrario. Se si può mettere in dubbio quello che era stato detto fino ad oggi, vuol dire che l'esperimento vale fino al prossimo
    Se dobbiamo accettare di abbandonare la nostra fiducia nella concatenazione causa-effetto, perchè non possiamo dire che l'entaglement potrebbe anche essere una manifestazione di dimensioni extra?