Osservando l'Inosservabile

Il Giornale Online
Un innovativo approccio al famoso esperimento della doppia fenditura, fornisce una nuova immagine del mondo in scala quantistica.

Una delle regole fondamentali della fisica quantistica, che non puoi osservare un sistema quantistico senza modificarlo, è stata scalfita (ma non spezzata) da un ricercatore dell'IQC con i suoi collaboratori all'Università di Toronto. I ricercatori, incluso Krister Shalm dell'IQC, descrivono nell'ultimo numero di Science come sono riusciti a tracciare le traiettorie dei fotoni (particelle quantistiche della luce) senza disturbarli con l'osservazione diretta. Per raggiungere il risultato, i ricercatori hanno iniziato con un esperimento icona della fisica – il famoso esperimento della doppia fenditura, conosciuto per circa un secolo come dimostrazione elegante degli effetti quanto-meccanici. Quando un fascio di luce viene inviato verso un paio di fenditure, i fotoni impressionano uno schermo dall'altra parte con un chiaro schema d'interferenza. L'esperimento originale e i dibattiti tra Niels Bohr e Albert Einstein del 1927, sembrano stabilire che non potresti osservare una particella mentre passa attraverso una delle due fenditure senza distruggere l'effetto di interferenza: devi scegliere quale fenomeno osservare.

Però nel loro recente esperimento presso l'Università di Toronto, i ricercatori sono riusciti per la prima volta, a tracciare le traiettorie dei fotoni nell'esperimento, che hanno formato lo schema d'interferenza. “Con i recenti avanzamenti nella tecnologia abbiamo ottenuto la capacità di controllare e manipolare il mondo quantistico nel dettaglio”, ha detto Shalm, co-autore del documento intitolato Observing the Average Trajectories of Single Photons in a Two-Slit Interferometer http://www.sciencemag.org/content/332/6034/1170.full?rss=1 ” “Ora possiamo studiare i sistema quantistici in modi che prima pensavamo essere impossibili”.

Per misurare le traiettorie dei fotoni, i ricercatori hanno lavorato sui nuovi avanzamenti nella “misurazione debole” sviluppata dal gruppo di Yakir Aharonov presso l'Università di Tel Aviv. Howard Wiseman della Griffith University ha proposto che potrebbe essere possibile misurare la direzione in cui si muove un fotone. Combinando l'informazione sulla direzione del fotone in diversi punti, Wiseman ha suggerito che si potrebbe costruire il suo intero percorso (tracciare le traiettorie del fotone che si muove verso lo schermo). Usando una nuova fonte a singolo fotone sviluppata al National Institute for Standards and Technology in Colorado, il team ha inviato i fotoni uno per uno ad un interferometro con doppia fenditura costruito all'Università di Toronto. I ricercatori hanno quindi usato una calcite di quarzo, che ha un effetto sulla luce che dipende dalla direzione in cui essa si propaga, per misurare la direzione come funzione della posizione. Questo ha prodotto una specie di tragitto che mostra i percorsi dei fotoni, consistenti con le predizioni teoriche.

L'originale esperimento della doppia fenditura ha giocato un ruolo centrale nel primo sviluppo della meccanica quantistica, portando direttamente alla teoria di Bohr per cui l'osservare il comportamento da onda o particella nell'esperimento della doppia fenditura, dipende dal tipo di misurazione fatta – il sistema non può comportarsi simultaneamente come onda o particella. Il nuovo documento pubblicato su Science, suggerisce che non dev'essere così: il sistema può comportarsi come entrambe. Applicando la tecnica di “misurazione debole” allo storico esperimento della doppia fenditura, hanno osservato le traiettorie medie della particella che risultano in una interferenza tipo onda – la prima osservazione di questo tipo.

“Questo apre all'opportunità di sviluppare nuove tecnologie basate sulla meccanica quantistica, come la crittografia e computazione quantistica, che può risolvere problemi fuori portata per la fisica classica”, ha detto Shalm, co-autore del documento con il team composto da Aephraim Steinberg, Sacha Kocsis, Boris Braverman, Sylvain Ravets, Martin Stevens e Rich Mirin. L'esperimento è stato un metodo favoloso per affrontare uno dei concetti più fondamentali della meccanica quantistica, ha concluso Steinberg: “Siamo stati entusiasti di poter vedere, in un certo senso, cosa fa il fotone mentre passa attraverso un interferometro – qualcosa che tutti i nostri libri di testo e i professori ci hanno descritto come impossibile”.

Contatto: Colin Hunter, Communications Specialist, Institute for Quantum Computing, 519-888-4567 x.38927
Kim Luke, Communications, University of Toronto. 416-978-4352

Tradotto da Richard per Altrogiornale.org
Fonte: http://iqc.uwaterloo.ca/news-events/archive/observing-the-unobservable-iqc-researcher-and-colleagues-achieve-a-physics-first
Vedi: http://www.nature.com/news/2011/110602/full/news.2011.344.html http://www.altrogiornale.org/news.php?item.6604.7

Osservando l'Inosservabile ultima modifica: 2011-06-02T23:08:31+00:00 da Richard
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Richard

Noi siamo l'incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all'autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)