Da disciplina astratta la fisica quantistica è diventata realtà anche grazie a Clauser, Aspect e Zeilinger, premiati oggi con il Nobel per la fisica per le loro ricerche nel campo dell’entanglement quantistico

di Alessandra Volpe

Il Nobel per la fisica del 2022 è stato assegnato al francese Alain Aspect, all’americano John F. Clauser e all’austriaco Anton Zeilinger per i loro esperimenti sul fenomeno che Albert Einstein, anche lui premio Nobel per la fisica nel 1921, definiva una “spaventosa azione a distanza”.

I tre scienziati, in particolare, hanno ricevuto il riconoscimento perché sono riusciti a “controllare e studiare le particelle che si trovano in uno stato intrecciato”, come ha spiegato la commissione che assegna il Nobel.

I premiati sono tre grandi fisici che si sono occupati di un aspetto importantissimo: il cosiddetto ‘entanglement’, cioè il fenomeno quantistico per cui due particelle possono essere legate in un sistema più ampio, in cui la misura di una delle due parti influenza istantaneamente anche l’altra,

ha spiegato Giorgio Parisi, fisico di Sapienza Università di Roma e vincitore del Nobel per la fisica lo scorso anno.

Quello che accade è che due (o più) particelle, una volta che hanno interagito in una determinata maniera, restano in un certo senso “collegate”, qualsiasi sia la distanza che le separa.  L’esistenza di questo “abbraccio” a distanza, dall’inglese “to entangle”, impigliare, intricare, è uno dei fenomeni più particolari e anti-intuitivi della fisica: ciò che accade a una particella determina ciò che accade all’altra, anche se sono molto distanti.

Per meglio comprendere questo fenomeno, si possono immaginare due palline, una in una stanza e una in un’altra, che hanno una certa probabilità di essere bianche o nere. Per conoscere il colore delle palline bisogna fisicamente entrare nella stanza per effettuare un’osservazione. Se le palline sono “quantistiche”, prima dell’osservazione non avranno nessun colore definito fino a che lo sperimentatore non entra per osservarlo: in questo senso, in meccanica quantistica “misurare” significa interagire con il sistema fisico di cui si vuole conoscere qualche proprietà. Ancora: se le palline sono entangled, nel momento in cui se ne osserva una è come se si fosse osservata anche l’altra, instantaneamente.

Andiamo avanti con la storia. Nel 1964 il britannico John S. Bell ipotizza che nessun modello può essere in accordo con la meccanica quantistica: dobbiamo rinunciare ad almeno uno dei due “capisaldi” della nostra concezione della realtà, cioè il principio di località (oggetti distanti non possono avere influenza istantanea l’uno sull’altro, ma solo nelle sue immediate vicinanze) e di realtà (a Einstein piaceva dire che la Luna è lassù anche quando nessuno la sta osservando). Sono veramente incompatibili i due principi? Con i loro esperimenti, i tre fisici premiati hanno smentito l’ipotesi di Bell, dimostrando che la strana interazione fra le particelle è fattibile e sarà il cuore dei computer quantistici.  

Le ricerche dei tre scienziati hanno trasformato la fisica quantistica da disciplina accademica a realtà applicativa, gettando le basi per la realizzazione di nuovi strumenti di calcolo, di misura e di comunicazione. Le tecnologie quantistiche hanno permesso e permetteranno la progettazione di computer sempre più veloci e in grado di studiare la chimica o la scienza dei materiali, per la risoluzione di problemi complessi e per la ricerca di nuovi medicinali.

I profili dei premiati

L’americano John F. Clauser, classe 1942, è nato a Pasadena. Ha lavorato per un’azienda privata, la californiana J.F. Clauser & Assoc. di Walnut Creek. Ha vinto il Premio Wolf per la fisica nel 2010. Nel 1972, ha eseguito per la prima volta un esperimento per dimostrare la cosiddetta disuguaglianza di Bell.

Il francese Alain Aspect è nato nel 1947.  Ha vinto la Medaglia d’Oro del CNRS nel 2005, il Premio Wolf nel 2010, lo Herbert-Walther-Preis nel 2012 e il Premio Balzan nel 2013 per le sue ricerche nell’ambito dell’ottica quantistica e della fisica atomica.

L’austriaco Anton Zeilinger, è nato nel 1945. È professore all’Università di Vienna e direttore della sezione di Vienna dell’Institute for Quantum Optics and Quantum Information all’Accademia austriaca delle scienze. Ha vinto il Klopsteg Memorial Award nel 2004, la Medaglia Isaac Newton nel 2007 e il Premio Wolf per la fisica nel 2010.

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