Lo Stregatto quantistico esiste anche per il fotone

Esistono leggi della fisica talmente basilari e di uso quotidiano che quasi ci riesce impossibile metterle in discussione, neppure con una buona dose di fantasia. A inizio del secolo scorso, quando qualcuno pensava che la storia della scienza fosse conclusa perché ormai “tutto era stato scoperto”, due grandi teorie fisiche, la Teoria della Relatività e la Meccanica Quantistica, hanno messo in discussione alcuni dei concetti più fondamentali ai quali i fisici erano abituati. Secondo la Relatività, tempo e spazio non erano più assoluti, ma dipendenti dalla velocità dell'osservatore, dando origine a numerosi e divertenti paradossi. Così anche la Meccanica Quantistica, meno nota alla letteratura divulgativa, rivela che scendendo dal mondo macroscopico al microscopico alcuni concetti apparentemente indiscutibili vengono meno, come quello di località (afferma che una cosa non può stare in due posti diversi).

Per provare a spiegare in termini più semplici le stranezze del mondo quantistico, molti autori, tra cui Schrödinger con il suo celebre gatto, cercarono di immaginare esperimenti mentali che spostano queste stranezze dal mondo microscopico al macroscopico, rendendo così palesi le particolarità dei fenomeni quantistici. Così, ad esempio, per spiegare intuitivamente la sovrapposizione di stati, Schrödinger ipotizza un esperimento nel quale un gatto è contemporaneamente vivo e morto, così come un atomo radioattivo può essere al tempo stesso (in un certo senso specifico) decaduto e non decaduto.

Oltre a quello di Schrödinger tuttavia c'è un altro gatto, ovvero un'altra analogia ideata dai fisici per spiegare un altro fenomeno quantistico. E' il cosiddetto gatto di Cheshire, più comunemente noto come Stregatto, uno dei personaggi di Alice nel Paese delle Meraviglie. Nel celebre romanzo di Lewis Carroll, questo gatto aveva la particolarità di scomparire lasciando però ancora visibile e presente il proprio sorriso. Per questo motivo due fisici – Alex Matzkin del CNRS francese e Kumar Pan dell'Università di Nagoya – si sono ispirati a questa immagine per rappresentare un fenomeno, da loro previsto nel 2013 in linea teorica: la separazione della massa di una particella da una o più proprietà fisiche. Entrare nei dettagli sarebbe molto complesso. Ci basti sapere che una prima prova empirica di questo fenomeno, di questa separazione, si è avuta nel 2014, quando un team guidato da Tobias Denkmayr della Vienna University of Technology è riuscito, grazie ad un interferometro, a separare spazialmente la posizione di alcuni neutroni da una loro proprietà, lo spin, che possiamo immaginare come un momento angolare intrinseco, un moto di rotazione infinitesimo.

La novità di questi ultimi giorni è che un altro gruppo di ricercatori, composto da James M. Ashby e colleghi dell'Università di Portland, in Oregon, ha pubblicato i risultati di una ricerca che porterebbe un'altra prova empirica di questo fenomeno, questa volta applicato ad un fotone, separato spazialmente anch'esso da una sua proprietà: la polarizzazione, cioè la direzione lungo la quale oscilla il campo elettrico associato al fascio luminoso del fotone. Per intuire cosa significhi, tornando all'esempio del gatto e immaginando il gatto come la particella e il sorriso del micio come una sua proprietà, è come se lungo l'interferometro il gatto abbia abbandonato il proprio sorriso, per poi ricongiungersi ad esso dopo aver percorso due diversi tragitti.

Può suonare tutto assurdo, e infatti un pò lo è, così come suona bizzarro che un gatto possa essere un po' vivo e un pò morto, ma dobbiamo ricordarci che questi sono trucchi mentali per provare a semplificare le stranezze – molto più complesse – di fenomeni fisici, stranezze del mondo reale in cui viviamo ogni giorno. Vale la pena ricordare, inoltre, che i risultati nell'ambito della meccanica quantistica, sono importanti per i fondamentali contributi che possono apportare nel campo dell'informatica quantistica e della crittografia.