La teoria derivata dalle scoperte della meccanica dei quanti ha permesso di descrivere il comportamento della materia, della radiazione e delle reciproche interazioni in modo totalmente nuovo. La scoperta del dualismo onda-particella è stata eclatante per il mondo scientifico portando al fallimento di tutte le teorie classiche ritenute valide fino al XIX secolo. Approfittando della sua conferenza presso l’USI di Lugano abbiamo incontrato Alain Aspect, uno dei massimi esponenti della fisica quantistica noto per i suoi studi sperimentali sull’entanglement. Un fenomeno bizzarro per cui in alcuni stati quantici particolari, che chiamiamo intricati (entangled), due oggetti a distanza rimangono legati uno all’altro influenzandosi. Come evidenziato da Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosenper, in determinate condizioni, lo stato quantico di un sistema fisico non può essere quindi descritto singolarmente ma solo come sovrapposizione di più sistemi. Alain Aspect ha continuato la ricerca dimostrando in modo accurato il dualismo onda-particella dei singoli fotoni, confermando che ogni singolo fotone esiste al contempo come onda e come particella, fenomeno ondulatorio e corpuscolo. Oggi, ci troviamo sulla soglia di una seconda rivoluzione che sta aprendo nuove eccitanti strade nel campo della tecnologia…
Cosa la appassiona del mondo della fisica quantistica?
«Fin da quando ero piccolo ho sempre amato cercare di capire i fenomeni che vediamo. Quando vediamo un arcobaleno: perché lo vediamo? Tiriamo una pietra, questa cade: perchè? Dopo aver studiato a lungo la fisica classica e averla capita piuttosto bene mi sono avvicinato alla fisica quantistica scoprendo un universo misterioso dove, anche se si conoscono le equazioni, comprendere i concetti osservati è molto più complesso. Per tutta la vita ho cercato di fare degli esperimenti che permettessero di capire meglio tali concetti… ho finito per acquisire una certa intuizione ma resta tutto comunque molto bizzarro!».
Cosa rende questo universo scientifico tanto bizzarro?
«Il fatto che i comportamenti osservati non assomigliano a ciò che l’intuizione umana comune ci detta. L’intuizione è basata sull’esperienza del mondo visibile che abbiamo intorno a noi e quello che viene osservato negli esperimenti di fisica quantistica stravolge le previsioni di tale intuizione espandendone i confini. I fisici possono descrivere questi fenomeni scrivendo delle equazioni ma non possono spiegarli. Il perché rimane misterioso».
E questo ci porta verso la seconda rivoluzione quantistica… cosa sta accadendo?
«La seconda rivoluzione è basata sul fenomeno dell’entanglement a cui si aggiunge il fatto che, verso gli anni 1970-’80, gli scienziati hanno imparato a controllare gli oggetti quantistici individualmente. Tale evoluzione, appena 20 anni prima era considerata quasi impossibile. Si è iniziato quindi a osservare il movimento di un singolo elettrone o di una coppia intricata di fotoni e questo ha permesso alle previsioni della fisica quantistica di rivelare la propria natura sorprendente. Per esempio, con un esperimento si prevede che l’oggetto vada in una direzione o nell’altra mentre l’oggetto quantistico andrà in entrambe le direzione».
Questa evoluzione apre i confini della tecnologia a nuove dimensioni?
«Assolutamente sì. Se arriviamo ad utilizzare nel modo giusto l’entanglement potremo costruire dei computer quantistici che saranno molto più rapidi di quelli attuali. I sistemi quantistici intricati sono in grado di stoccare una quantità di informazioni molto più grande delle memorie abituali. Enormi quantità di informazioni che verranno elaborate con moltissime operazioni simultanee. In questo campo siamo ancora agli inizi mentre in altri ambiti siamo più avanti… La crittografia quantistica permette già di trasmettere informazioni segrete in modo totalmente sicuro: se c’è una spia che osserva questa non sarà in grado di decodificare il messaggio. Siamo sicuri che le scoperte del campo quantistico porteranno a numerose applicazioni brillanti».
In che modo la fisica quantistica permette di descrivere l’universo di cui facciamo parte?
«Una cosa è certa, la fisica quantistica è sicuramente la teoria più completa che sia mai stata immaginata dall’inizio dell’umanità per descrivere l’universo: tutto si inserisce nella fisica quantistica. Solo una cosa rimane un mistero e fa parte della nostra sfida, ancora non sappiamo come articolare con i parametri quantistici la forza di gravità e la relatività generale. Sappiamo che la materia di cui tutto, dal micro al macro, è fatto è composta da nuclei positivi e negativi e questo possiamo descriverlo nel quadro della meccanica quantistica. La biochimica del corpo umano per esempio, con tutte le sue reazioni viene descritta dalla meccanica quantistica. Quindi di cosa è fatto l’universo? Di particelle che sono anche delle onde, la particolarità delle onde è che sono presenti in più luoghi allo stesso tempo. La materia si rivela a noi come ordinaria perché vediamo soltanto la sua manifestazione come insieme di particelle e non come onde, non percepibili ad occhio nudo. Il mistero si manifesta quando vogliamo creare delle immagini che corrispondano ai calcoli e non ci riusciamo: questo è appassionante!».
Se potesse realizzare un sogno come ricercatore di fisica quantistica quale sarebbe?
«Il sogno sarebbe scoprire delle classi di oggetti per le quali sia possibile osservare il carattere quantistico, ovvero la dualità, anche quando l’oggetto è molto grande. Al momento è ancora difficile spiegare e descrivere il funzionamento quantistico di oggetti più grandi perché più un oggetto è grande, più risulta difficile da controllare in laboratorio. Sarebbe incredibile poter osservare in oggetti di taglia grande questo carattere molto strano e assolutamente sorprendente! Ma la scienza è fatta di tappe, ogni tappa porta al passo successivo e bisogna avere pazienza. Nel mio percorso come ricercatore, fare lo sforzo di scoprire nuove informazioni è assolutamente appassionante: c’est formidable!».
