Un
abbraccio cosmico da Premio Nobel Il Premio Nobel per la Fisica 2022 è stato assegnato a Alain Aspect, John F. Clauser e Anton Zeilinger, pionieri dell'informazione quantistica. E proprio Anton Zeilinger nel 2018 ha condotto con successo un importante esperimento per dimostrare il fenomeno dell'entanglement utilizzando anche il Telescopio nazionale Galileo dell'Inaf, sulle isole Canarie. Il ricordo di Ennio Poretti, attuale direttore del Tng
Ad aggiudicarsi il Nobel per la fisica quest’anno sono il
francese Alain Aspect,
l’americano John
F. Clauser e l’austriaco Anton
Zeilinger, pionieri della rivoluzione nell’informatica e nelle
comunicazioni con i loro esperimenti sul fenomeno chiamato entanglement, una sorta di “intreccio” o “abbraccio a
distanza” tra particelle, anche lontanissime. In una coppia di particelle entangled, tutto
ciò che accade all’una interessa anche l’altra, indipendentemente dalla loro
distanza. Questi studi hanno spianato la strada all’informatica
quantistica, rendendo possibile la costruzione di potenti e
velocissimi computer, misure sempre più precise e crittografia a prova di hacker. I tre ricercatori dividono in parti uguali il prestigioso
riconoscimento, poiché le loro ricerche hanno contribuito nella stessa misura a
perfezionare esperimenti che si sono rivelati decisivi per trasformare la
fisica quantistica da disciplina astratta in uno strumento concreto con
molteplici applicazioni nel campo dell’informazione, del calcolo e delle
comunicazioni. Il più anziano dei tre, l’americano John F. Clauser,
è nato il primo dicembre 1942 a Pasadena e lavora presso l’azienda privata J.F.
Clauser & Assoc., da lui fondata a Walnut Creek, California. Il suo
esperimento più importante risale al 1972, sviluppando le idee del fisico
britannico John Stewart Bell secondo cui, se un sistema quantistico contiene
delle variabili nascoste, la correlazione tra i risultati di un grande numero
di misure non supererà mai un certo valore. Tuttavia, la meccanica quantistica
prevede che alcuni esperimenti possano violare le relazioni di disuguaglianza
previste dal teorema di Bell,
dando luogo a una correlazione più elevata: i risultati dell’esperimento di
Clauser diedero ragione alla meccanica quantistica, violando una delle
disuguaglianze di Bell. Questo fu stato il primo passo per dimostrare quella
che allora era considerata un’impossibile azione a distanza fra le particelle:
l’entanglement. A
perfezionare questi esperimenti hanno poi contribuito Anton Zeilinger,
nato il 20 maggio 1945 a Ried im Innkreis (Austria) e oggi professore
all’Università di Vienna, e Alain
Aspect, nato il 15 giugno 1947 ad Agen (Francia) e oggi
professore presso la Université Paris-Saclay e l’École Polytechnique di Parigi. In uno dei suoi esperimenti, nel 2018, l’austriaco Zeilinger ha
utilizzato il Telescopio nazionale Galileo (Tng) dell’Istituto nazionale di
Astrofisica (Inaf) per effettuare un test di entanglement quantistico
utilizzando i fotoni provenienti da sorgenti astronomiche lontanissime: i quasar. In questo esperimento, il Tng e il vicino William Herschel
Telescope (Wht), entrambi situati presso l’Osservatorio di Roque de Los
Muchachos a La Palma, Isole Canarie, hanno osservato due quasar lontani circa
12 e 8 miliardi di anni luce da noi, in due diverse direzioni nel cielo.
Ciascun telescopio era dotato di un fotometro a due canali, con un filtro
ottico che divideva la luce dei quasar tra fotoni più rossi e più blu. La luce
proveniente dai due quasar, cadendo casualmente su uno dei canali del
fotometro, è stata usata come “generatore cosmico” di numeri casuali per
controllare, in maniera il più possibile indipendente, il sistema di
riferimento su cui misurare la polarizzazione di coppie di fotoni “abbracciate”
– entangled –
generate da un laboratorio mobile all’esterno del Nordic Optical Telescope,
sito anch’esso a La Palma. Questi fotoni venivano poi inviati verso due
stazioni riceventi, una vicino al Tng e l’altra vicino al Wht, per misurare la
polarizzazione individuale di ciascuno dei due fotoni entangled come deciso
dalle fluttuazioni della luce del rispettivo quasar. «Difficile immaginare che l’esperimento effettuato nei primi
giorni del 2018 all’Osservatorio del Roque de Los Muchachos (Orm) avrebbe avuto
a distanza di pochi anni una così grande importanza nell’assegnazione del
Premio Nobel per la Fisica al Prof. Anton Zeilinger. In quei giorni lo staff
del Telescopio nazionale Galileo (Tng) era in fermento», ricorda Ennio Poretti,
attuale direttore del Tng. «Unitamente al William Herschel Telescope, il Tng
era pronto per osservare due quasar posti in direzioni opposte nel cielo. La
loro luce doveva essere usata come la sorgente generatrice di numeri casuali
più indipendente possibile. Formatasi in un’epoca molto prossima al Big Bang
iniziale, la loro luce non aveva avuto la possibilità di interagire. Quando i
fotoni entangled generati
dall’apparato posto all’Orm erano in viaggio verso i rivelatori, la luce dei
quasar raccolta dai due fotometri collocati al Tng e al Wht decideva quali
misure effettuare. Questo è stato il ruolo cruciale delle osservazioni
astronomiche. I risultati dell’esperimento – prosegue Poretti – hanno
confermato le aspettative della meccanica quantistica, che prevedeva la
violazione della cosiddetta Bell
inequality fra i fotoni entangled,
al contrario dei modelli classici. Il merito dell’apparato costituito all’Orm è
stato quello di fornire tali risultati con un alto grado di significatività.
Dopo aver allineato le ottiche del telescopio, lo staff del Tng ha installato
il fotometro dell’esperimento del Prof. Zeilinger a uno dei fuochi Nasmyth e lo
ha collegato alla stazione ricevente sul ponte di accesso. Un esperimento di
poche ore si è così rivelato decisivo nello scrivere un’importante pagina della
meccanica quantistica».
|