I ricercatori dell'Università di Cambridge hanno dato una sbirciatina al dominio segreto della meccanica quantistica. In un articolo teorico pubblicato sulla rivista Revisione fisica A , hanno dimostrato che il modo in cui le particelle interagiscono con il loro ambiente può essere utilizzato per tracciare le particelle quantistiche quando non vengono osservate, che si pensava impossibile.

Una delle idee fondamentali della teoria quantistica è che gli oggetti quantistici possono esistere sia come onde che come particelle, e che non esistono come l'uno o l'altro finché non vengono misurati. Questa è la premessa che Erwin Schrödinger stava illustrando con il suo famoso esperimento mentale che coinvolgeva un gatto morto o forse non morto in una scatola.

"Questa premessa, comunemente chiamata funzione d'onda, è stato utilizzato più come strumento matematico che come rappresentazione di particelle quantistiche reali, " ha detto David Arvidsson-Shukur, un dottorato di ricerca studente al Cavendish Laboratory di Cambridge, e il primo autore dell'articolo. "Ecco perché abbiamo accettato la sfida di creare un modo per tracciare i movimenti segreti delle particelle quantistiche".

Ogni particella interagirà sempre con il suo ambiente, 'taggandolo' lungo la strada. Arvidsson-Shukur, lavorando con i suoi coautori, il professor Crispin Barnes del Cavendish Laboratory e Axel Gottfries, un dottorato di ricerca studente della Facoltà di Economia, ha delineato un modo per gli scienziati di mappare queste interazioni di "etichettatura" senza guardarle. La tecnica sarebbe utile agli scienziati che effettuano misurazioni alla fine di un esperimento ma vogliono seguire i movimenti delle particelle durante l'intero esperimento.

Alcuni scienziati quantistici hanno suggerito che le informazioni possono essere trasmesse tra due persone, solitamente indicate come Alice e Bob, senza che alcuna particella viaggi tra di loro. In un senso, Alice riceve il messaggio telepaticamente. Questa è stata definita comunicazione controfattuale perché va contro il "fatto" accettato che per le informazioni da trasportare tra fonti, le particelle devono muoversi tra di loro.

"Per misurare questo fenomeno di comunicazione controfattuale, abbiamo bisogno di un modo per stabilire dove sono le particelle tra Alice e Bob quando non stiamo guardando, " ha detto Arvidsson-Shukur. "Il nostro metodo di 'etichettatura' può fare proprio questo. Inoltre, possiamo verificare vecchie previsioni della meccanica quantistica, per esempio che le particelle possono esistere in luoghi diversi allo stesso tempo."

I fondatori della fisica moderna hanno ideato formule per calcolare le probabilità di risultati diversi da esperimenti quantistici. Però, non hanno fornito alcuna spiegazione di ciò che fa una particella quantistica quando non viene osservata. Esperimenti precedenti hanno suggerito che le particelle potrebbero fare cose non classiche quando non osservate, come esistere in due luoghi contemporaneamente. Nella loro carta, i ricercatori di Cambridge hanno considerato il fatto che qualsiasi particella che viaggia nello spazio interagisce con l'ambiente circostante. Queste interazioni sono ciò che chiamano il "tagging" della particella. Le interazioni codificano informazioni nelle particelle che possono poi essere decodificate alla fine di un esperimento, quando le particelle vengono misurate.

I ricercatori hanno scoperto che questa informazione codificata nelle particelle è direttamente correlata alla funzione d'onda che Schrödinger ha postulato un secolo fa. In precedenza, la funzione d'onda era considerata uno strumento computazionale astratto per prevedere i risultati degli esperimenti quantistici. "Il nostro risultato suggerisce che la funzione d'onda è strettamente correlata allo stato reale delle particelle, " ha detto Arvidsson-Shukur. "Quindi, siamo stati in grado di esplorare il "dominio proibito" della meccanica quantistica:individuare il percorso delle particelle quantistiche quando nessuno le osserva".