Dalla ricerca italiana una sfida alla meccanica quantistica

7 Settembre 2020

cameranebbia infn CUTLa rivista scientifica Nature Physics pubblica oggi, 7 settembre, uno studio congiunto, teorico e sperimentale, realizzato da un team a cui partecipano ricercatori del Centro Ricerche Enrico Fermi, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e dell’Università di Trieste.

La pubblicazione, “Underground test of gravity-related wave function collapse”, presenta i risultati di una ricerca dedicata alla verifica del modello di collasso quantistico proposto da Lajos Diósi e Roger Penrose (modello DP) negli anni ‘80-’90 ed è stata condotta, per la fase di misure, con un rilevatore a germanio ultra-puro nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, mentre l’analisi teorica è stata coordinata dall’Università degli Studi di Trieste. Il limite sul segnale rivelato dall’esperimento in due mesi di misure è mille volte più basso di quanto previsto dalla teoria DP, risultato che porta ad affermare che il modello, nella sua formulazione originale, è da escludere.

La Meccanica Quantistica è la teoria che descrive il mondo microscopico delle particelle e degli atomi. La caratteristica fondamentale dei sistemi quantistici, ampiamente verificata sperimentalmente, è la possibilità di vivere nella sovrapposizione di stati differenti, come “qui” e “là”. Questa strana proprietà, evidentemente, non si osserva alla nostra scala macroscopica, ma il motivo per cui ciò accade, il cosiddetto “problema della misura”, è ancora da capire ed è oggetto di intense ricerche che hanno ricadute anche nel campo delle tecnologie quantistiche. Il fisico Roger Penrose propone che la soluzione al dilemma sia legata alla gravità. In particolare, il suo modello prevede che una sovrapposizione spaziale quantistica diventi instabile e decada, per effetto della gravità, in un tempo che Penrose stima essere tanto più breve quanto più l’oggetto è massiccio. La dipendenza della velocità del collasso dalla massa dell’oggetto spiegherebbe perché non osserviamo mai stati macroscopici in sovrapposizione: semplicemente la sovrapposizione collassa quasi istantaneamente in uno dei possibili stati.

Il punto importante in relazione alla ricerca pubblicata su Nature Physics, è che il collasso, nel far decadere le sovrapposizioni, genera un moto casuale – un tremolio di fondo che dovrebbe accompagnare il moto di tutte le particelle di materia – che nel caso di elettroni e protoni si accompagna all’emissione di una caratteristica, seppur debole, radiazione elettromagnetica. Il team di ricerca, che vede un’importante partecipazione italiana, è andato alla caccia di questa radiazione, con uno sforzo congiunto teorico e sperimentale.

Si tratta del primo esperimento potenzialmente in grado di rilevare il debole segnale elettromagnetico previsto dal modello DP. Dopo due mesi di presa dati ed un intenso lavoro teorico, l’esperimento ha potuto concludere che il segnale rivelato è mille volte più basso di quanto previsto dal modello DP. La misura stabilisce quindi un record in questo tipo di studi e, soprattutto, per la prima volta, esclude la teoria di Penrose nella sua formulazione originale, decenni dopo la sua proposta. Il team intende lavorare su modelli più sofisticati, aprendo dunque un nuovo campo di ricerca nello studio fra la gravità e la meccanica quantistica.

Il team

Il gruppo teorico composto da A. Bassi dell’Università di Trieste, L. Diósi del Wigner Research Center di Budapest e S. Donadi del Frankfurt Institute for Advanced Studies, ha calcolato il tasso aspettato di emissione della radiazione DP. Il gruppo sperimentale composto da C. Curceanu, M. Laubenstein dell’INFN e K. Piscicchia del Centro Ricerche Enrico Fermi ha eseguito una misura dedicata di questa radiazione in condizioni di rumore di fondo ultra-basso nel Laboratorio Nazionale sotterraneo del Gran Sasso dell’INFN.

Potrebbero interessarti anche

L'apparato sperimentale PADME installato sulla linea di fascio BTF-1 ai Laboratori Nazionali Frascati dell'INFN

Nuovi risultati dell’esperimento Padme nella ricerca della particella X17

Corridoio caldo della sala macchine del centro di calcolo di INFN Torino.

Tecnologie di calcolo per Einstein Telescope: inaugurato a Torino il laboratorio CTLAB4ET

Foto di gruppo delle studentesse e degli studenti della scuola INSPYRE 2025

40 studenti e studentesse da 8 paesi del mondo ai laboratori di frascati per la scuola internazionale INSPYRE 

Immagine della Festa di Scienza e Filosofia di Foligno e Fabriano 2025

Intelligenza artificiale e sostenibilità: l’INFN alla Festa di Scienza e Filosofia di Foligno

Il data center del CNAF al Tecnopolo DAMA, Bologna

INFN e ICSC in IT4LIA, la fabbrica italiana di intelligenza artificiale al servizio di imprese e PA

LHCb, CMS, ATLAS, ALICE

Il Breakthrough Prize in Fundamental Physics 2025 alle collaborazioni ALICE, ATLAS, CMS e LHCb