Scienziati di tre università del Regno Unito devono testare una delle leggi fondamentali della fisica nell'ambito di un importante progetto a livello europeo con un finanziamento di oltre 3 milioni di sterline.

Esperti dell'Università di Southampton, La Queen's University Belfast e l'UCL hanno formato un consorzio con le università europee e la società britannica di tecnologia fotonica M Squared per testare i limiti di uno dei principi fondamentali della meccanica quantistica:le sbalorditive leggi fisiche che consentono alle particelle microscopiche come atomi ed elettroni di essere in due posti contemporaneamente.

Fondata all'inizio del XX secolo, la teoria quantistica è un quadro matematico che fornisce, ad oggi, la comprensione più accurata dei risultati di esperimenti condotti su sistemi fisici piccoli come singoli atomi, molecole molto piccole e luce molto debole.

Il consorzio ha ideato un ambizioso esperimento per testare il cosiddetto principio di sovrapposizione quantistica (QSP), la legge che consente ai sistemi microscopici di apparire in due differenti, perfettamente distinguibile, configurazioni contemporaneamente.

La validità della QSP a livello microscopico è accettata dagli scienziati, e confermato da un'enorme quantità di dati. Ma cosa gli impedisce di applicarsi al mondo "su larga scala" che ci circonda? In altre parole, perché oggetti di uso quotidiano come le automobili, alberi e persone non si comportano in modo quantomeccanico ed esistono in due posti contemporaneamente?

Teorie non provate avanzate dagli anni '80 suggeriscono l'esistenza di un "rumore" di fondo universale che distrugge il QSP di oggetti più grandi, come le particelle che possono essere viste usando un microscopio ottico.

Il consorzio "Progetto TEQ", guidato dall'Università di Trieste, in Italia, metterà alla prova l'esistenza di questo rumore grazie a un premio di € 4,4 milioni (£ 3,9 milioni) dalla Commissione europea.

Il suo esperimento coinvolgerà una minuscola particella di vetro, un millesimo della larghezza di un capello umano, essendo levitato da un campo elettrico nel vuoto a una temperatura prossima allo zero assoluto (-273C). Un laser verrà sparato alla particella, e la diffusione della luce del laser misurata per i segni di movimento della particella.

Se non c'è movimento, significa che la meccanica quantistica si applica ancora a questa scala e non c'è rumore di fondo universale.

Però, se viene rilevato un movimento, indica l'esistenza di un rumore che impedisce l'applicazione di QSP a questa scala. Questo rappresenterebbe il primo fallimento osservato della teoria quantistica, stabilire un limite alla scala alla quale si applica la meccanica quantistica e avere implicazioni per applicazioni su larga scala di qualsiasi sistema fisico basato su principi quantistici.

Professor Hendrik Ulbricht, dell'Università di Southampton, ha detto:"La stragrande maggioranza dei fenomeni e degli eventi che si verificano nella nostra vita quotidiana può essere spiegata dalle leggi della fisica stabilite da Isaac Newton, ma il mondo microscopico obbedisce alle regole della meccanica quantistica, che sono così strani da sembrare controintuitivi.

"Se sia possibile osservare il comportamento quantistico negli oggetti macroscopici è la grande domanda senza risposta nella fisica quantistica. Se si scopre che possiamo, questo potrebbe eventualmente aprirci la strada per utilizzare le straordinarie caratteristiche della meccanica quantistica in un insieme molto più ampio di sistemi fisici oltre il mondo microscopico. Stiamo per intraprendere un viaggio molto emozionante".

Professor Mauro Paternostro, della Queen's University di Belfast, ha dichiarato:"Il nostro programma di ricerca potrebbe dimostrare che non dobbiamo avere a che fare con sistemi estremamente piccoli per vedere effetti quantistici, che è attualmente il principale limite della tecnologia quantistica.

"Se riesci a dimostrare che la teoria quantistica si estende a sistemi più grandi, offrirà un modo molto più robusto di elaborare le informazioni:tutti i chip e i sistemi integrati nei computer potrebbero essere ridotti a una scala molto più piccola e saremo in grado di gestire i quanti per le applicazioni quotidiane.

"Ciò significherebbe maggiori velocità di elaborazione dei dati, memorie più grandi e maggiori velocità di trasmissione dei dati attraverso queste reti più grandi".

Il dottor Graeme Malcolm OBE, CEO e co-fondatore di M Squared, ha dichiarato:"Questo fondo per TEQ è un eccellente esempio del continuo sostegno dell'UE alla ricerca quantistica e consente di testare fino ai suoi limiti il ​​pensiero consolidato alla base della meccanica quantistica.

"Se questo lavoro dimostra che gli effetti quantistici possono essere visti su una scala più ampia, amplia le potenziali applicazioni commerciali della tecnologia quantistica - in particolare, le aree del rilevamento e della metrologia vedranno significative opportunità commerciali nei prossimi decenni. È un onore far parte del team che esplora il potenziale della tecnologia che opera ai limiti della fisica.

Se l'esperimento dimostra che la meccanica quantistica può essere applicata a sistemi su larga scala, potrebbe rendere più facile la creazione di tecnologie quantistiche da utilizzare nello spazio, con i satelliti utilizzati per trasmettere informazioni quantistiche piuttosto che affidarsi a fibre a terra o sotto il mare".

Altre potenziali applicazioni includono lo sviluppo di dispositivi di misurazione ultrasensibili che potrebbero superare i sensori esistenti per misurare gli effetti della gravità.