Come ti eludo il principio di complementarità | Le Scienze

Natura della meccanica quantistica

Come ti eludo il principio di complementarità

Applicando sofisticate tecniche di misurazione allo storico esperimento della doppia fenditura, un gruppo di ricercatori è stato in grado di osservare le traiettorie particellari medie che sottostanno all'interferenza di tipo ondulatorio

Un gruppo di ricercatori dell'Università di Toronto diretto da Aephraim Steinberg ha sviluppato un modo per applicare sofisticate tecniche di misurazione allo storico esperimento delle due fenditure - in cui un fascio di luce che passa attraverso due strette fenditure fra loro vicine forma figure d'interferenza su uno schermo posto dietro di esse - che portò a un famoso dibattito fra Albert Einstein e Neils Bohr sulla natura della meccanica quantistica e alla formulazione, da parte del secondo, del cosiddetto principio di complementarità.

Secondo questo principio, non è possibile ottenere contestualmente l'informazione sul cammino percorso dal fascio e una figura d'interferenza, poiché si tratta di "aspetti complementari", riconducibili al dualismo onda-corpuscolo, in quanto il formarsi di una figura d'interferenza fa riferimento alla natura ondulatoria del fascio, mentre l'informazione relativa alla traiettoria fa riferimento alla sua natura corpuscolare.

"Per tutto il secolo passato la misurazione quantistica è stata come un elefante filosofico nella cristalleria della meccanica quantistica", ha osservato Steinberg, che con i collaboratori firma in proposito un articolo pubblicato su Science. "Tuttavia negli ultimi 10-15 anni la tecnologia ha raggiunto il punto in cui è divenuto possibile fare effettivamente esperimenti dettagliati su specifici sistemi quantistici, con potenziali applicazioni nella crittografia e nel calcolo."

Nel nuovo esperimento, i ricercatori sono riusciti per la prima volta a ricostruire sperimentalmente le traiettorie complete che forniscono una descrizione del modo in cui le particelle di luce si muovono attraverso due fenditure e formano le figure d'interferenza.

La tecnica utilizzata si basa sulla teoria della misurazione debole sviluppata da Yakir Aharonov della Tel Aviv University, dove una misura è considerata "debole" se ha una grossa indeterminazione, tale cioè da lasciare lo stato del sistema quasi imperturbato. Sulla base di questa teoria, Howard Wiseman della Griffith University aveva ipotizzato che combinando l'informazione sulla direzione del fotone in vari punti attraverso misure deboli fosse possibile ricostruire le traiettorie che portano il flusso luminoso su uno schermo.

"Nel nostro esperimento è stata usata una nuova fonte di singoli fotoni sviluppata al National Institute for Standards and Technology. in Colorado, per inviarli uno alla volta in un interferometro costruito a Toronto. Abbiamo poi usato un cristallo di calcite, che sulla luce ha un effetto che dipende dalla direzione in cui essa si propaga, per misurare la direzione come funzione della posizione. Come Wiseman aveva previsto, le nostre traiettorie misurate sono consistenti con l'interpretazione realista e non convenzionalista della meccanica quantistica di pensatori come David Bohm e Louis de Broglie", ha detto Steinberg.

"Applicando tecniche di misurazione moderne allo storico esperimento della doppia fenditura, siamo stati in grado di osservare le traiettorie particellari medie che sottostanno all'interferenza di tipo ondulatorio, ed è la prima osservazione di questo tipo. Questo risultato dovrebbe contribuire a far avanzare il dibattito sulle diverse interpretazioni della teoria quantistica", ha aggiunto Steinberg. (gg)

(03 giugno 2011)

 

via lescienze.espresso.repubblica.it

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