Fino ad ora, tutte le proposte sperimentali per rispondere a questa domanda si sono basate sulla creazione del fenomeno quantistico dell’entanglement tra masse pesanti e macroscopiche. Ma più un oggetto è pesante, più tende a perdere le sue caratteristiche quantistiche e a diventare "classico", rendendo incredibilmente difficile far sì che una massa pesante si comporti come una particella quantistica

In uno studio pubblicato su Physical Review X questa settimana, i ricercatori di Amsterdam e Ulm propongono un esperimento che aggira questi problemi.

Classico o quantistico?

Combinare con successo la meccanica quantistica e la fisica gravitazionale è una delle principali sfide della scienza moderna. In generale, il progresso in questo settore è ostacolato dal fatto che non possiamo ancora eseguire esperimenti in regimi in cui sono rilevanti sia gli effetti quantistici che quelli gravitazionali.

A un livello più fondamentale, come disse una volta il premio Nobel Roger Penrose, non sappiamo nemmeno se una teoria combinata della gravità e della meccanica quantistica richiederà una “quantizzazione della gravità” o una “gravitazione della meccanica quantistica”.>

In altre parole:la gravità è fondamentalmente una forza quantistica, le cui proprietà sono determinate su scala più piccola possibile, o è una forza "classica" per la quale è sufficiente una descrizione geometrica su larga scala? O è ancora qualcosa di diverso?

È sempre sembrato che per rispondere a queste domande un ruolo centrale potesse essere giocato dal fenomeno tipicamente quantistico dell’entanglement. Ludovico Lami, fisico matematico dell'Università di Amsterdam e QuSoft, afferma:"La questione centrale, posta inizialmente da Richard Feynman nel 1957, è capire se il campo gravitazionale di un oggetto massiccio può entrare in una cosiddetta sovrapposizione quantistica, dove si troverebbe in più stati contemporaneamente.

"Prima del nostro lavoro, l'idea principale per risolvere questa questione sperimentalmente era quella di cercare l'entanglement indotto gravitazionalmente, un modo in cui masse distanti ma correlate potessero condividere informazioni quantistiche. L'esistenza di tale entanglement falsificherebbe l'ipotesi che il campo gravitazionale sia puramente locale e classico."

Un'angolazione diversa

Il problema principale con le proposte precedenti è che oggetti massicci distanti ma correlati, noti come stati delocalizzati, sono molto difficili da creare. L’oggetto più pesante per il quale è stata osservata la delocalizzazione quantistica fino ad oggi è una grande molecola, molto più leggera della massa sorgente più piccola di cui è stato rilevato il campo gravitazionale, che è appena inferiore a 100 mg, più di un miliardo di miliardi di volte più pesante. Ciò ha allontanato per decenni ogni speranza di una realizzazione sperimentale.

Nel nuovo lavoro, Lami e i suoi colleghi di Amsterdam e Ulm – il luogo interessante in cui è nato Einstein – presentano una possibile via d’uscita da questa situazione di stallo. Propongono un esperimento che rivelerebbe la quanticità della gravità senza generare alcun entanglement.

Lami spiega:"Progettiamo e investighiamo una classe di esperimenti che coinvolgono un sistema di massicci 'oscillatori armonici', ad esempio la pendola di torsione, essenzialmente come quello che Cavendish usò nel suo famoso esperimento del 1797 per misurare la forza della forza gravitazionale. Noi stabilire limiti matematicamente rigorosi su alcuni segnali sperimentali per la quantistica che una gravità classica locale non dovrebbe essere in grado di superare.

"Abbiamo analizzato attentamente i requisiti sperimentali necessari per implementare la nostra proposta in un esperimento reale e abbiamo scoperto che, anche se è ancora necessario un certo grado di progresso tecnologico, tali esperimenti potrebbero davvero essere a portata di mano presto."

Un'ombra di intrappolamento

Sorprendentemente, per analizzare l’esperimento, i ricercatori hanno ancora bisogno del meccanismo matematico della teoria dell’entanglement nella scienza dell’informazione quantistica. Come è possibile? Secondo Lami, "La ragione è che sebbene l'entanglement non sia fisicamente presente, è ancora lì nello spirito, in un preciso senso matematico. È sufficiente che l'entanglement possa essere stato generato."

I ricercatori sperano che il loro articolo sia solo l'inizio e che la loro proposta aiuterà a progettare esperimenti che possano rispondere alla domanda fondamentale sulla quantistica della gravità molto prima del previsto.