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Il 17 agosto 1981, la rivista Physical Review Letters pubblicò un articolo destinato a diventare una pietra miliare della fisica quantistica: Experimental Tests of Realistic Local Theories via Bell's Theorem di Alain Aspect, Philippe Grangier e Gérard Roger. Si trattava dei primi test sperimentali sulle teorie della realtà locale.
Perché l’esperimento di Aspect è così importante? L’esperimento di Aspect dimostrò in maniera inequivocabile che la natura viola effettivamente i principi del realismo locale, così come teorizzato dal teorema di Bell, contribuendo a confermare uno degli aspetti più controintuitivi della meccanica quantistica: l’entanglement quantistico.
Ma facciamo un passo indietro.
Il dibattito sulla completezza della meccanica quantistica, iniziato con il famoso paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen (paradosso EPR) nel 1935, si era svolto principalmente su base teorica. Einstein credeva fermamente nell’esistenza di “variabili nascoste”, che avrebbero spiegato il comportamento di due particelle entangled e avrebbero preservato il realismo locale, alla base della meccanica classica. Per Einstein, la meccanica quantistica era una teoria incompleta proprio perché ignorava queste variabili.
Nel 1964 John Stewart Bell aveva dimostrato matematicamente che qualsiasi teoria fisica basata su variabili nascoste e realismo locale doveva necessariamente soddisfare alcuni specifici limiti matematici, le cosiddette disuguaglianze di Bell. La meccanica quantistica, però, violava tali disuguaglianze. Era necessario un esperimento per capire chi avesse ragione.
Aspect e i suoi colleghi crearono una sorgente molto efficiente che produceva coppie di fotoni correlati: utilizzarono atomi di calcio che, quando eccitati, emettevano due fotoni visibili le cui polarizzazioni erano intrinsecamente collegate. Questi fotoni venivano poi analizzati con polarizzatori posti a distanze fino a 6,5 metri dalla sorgente. I risultati dell’esperimento furono inequivocabili: le correlazioni misurate violavano le disuguaglianze di Bell con oltre 13 deviazioni standard in alcuni test. Un risultato statisticamente schiacciante, che poteva escludere definitivamente l’intera classe delle teorie locali realistiche, in quanto incompatibili con la realtà sperimentale. La meccanica quantistica, con le sue predizioni in eccellente accordo con i dati sperimentali, era corretta.
L’esperimento di Aspect ha aperto la strada a una nuova era della fisica quantistica, gettando le basi teoriche e sperimentali per tecnologie rivoluzionarie come la crittografia quantistica, il calcolo quantistico e la comunicazione quantistica. Non a caso, nel 2022 Alain Aspect è stato insignito del Premio Nobel per la Fisica proprio per i suoi esperimenti con fotoni entangled
Autore: Irene Schillaci
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