Yurii Mongol
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Molti scienziati pensano che i principali effetti quantistici come l'entanglement, in cui particelle separate da grandi distanze collegano misteriosamente i loro stati, non dovrebbero funzionare per gli esseri viventi. Ma un nuovo articolo sostiene che ha già - che gli scienziati nel 2016 hanno già creato una sorta di gatto di Schrödinger - solo con batteri quantici.
Di solito, descriviamo la fisica quantistica come un insieme di regole che governano il comportamento di cose estremamente piccole: particelle di luce, atomi e altri oggetti infinitamente piccoli. Il mondo più grande, su scala batterica (che è anche la nostra scala - il regno caotico della vita) non dovrebbe essere neanche lontanamente vicino a quello strano.
Questo era ciò che intendeva dire il fisico Erwin Schrödinger quando propose il suo famoso esperimento mentale sul gatto di Schrödinger, come ha sottolineato Jonathan O'Callaghan su Scientific American. In quell'esperimento mentale, un gatto in una scatola sarebbe stato esposto a una particella radioattiva che aveva anche probabilità di decadere o meno. Fino a quando la scatola non fosse stata aperta, il povero gatto sarebbe stato vivo e morto allo stesso tempo, il che sembrava chiaramente assurdo a Schrödinger. C'è solo qualcosa nel mondo quantistico che non sembra avere senso nel nostro. [Come funziona Quantum Entanglement (Infografica)]
Ma gli scienziati non sono d'accordo su dove si trovi il confine tra il mondo ordinario e quello quantistico, o se esiste addirittura. Chiara Marletto, fisica dell'Università di Oxford e coautrice del recente articolo, pubblicato il 10 ottobre su The Journal of Physics Communications, ha affermato che non c'è motivo di aspettarsi che ci sia un limite alla dimensione degli effetti quantistici.
"Sono interessata a studiare il confine in cui le regole quantistiche smettono di essere applicate", ha detto. "Alcune persone dicono che la teoria quantistica non è una teoria universale, quindi non si applica a nessun oggetto nell'universo, ma in realtà ad un certo punto si romperà. Il mio interesse è mostrare che in realtà, non è così".
A tal fine, Marletto e i suoi colleghi sono tornati e hanno esaminato un documento pubblicato nel 2017 sulla rivista Small che sembrava mostrare alcuni effetti quantistici limitati nei batteri. Hanno costruito un modello teorico di ciò che potrebbe essere realmente accaduto in quell'esperimento dell'Università di Sheffield, e mostra che quei batteri potrebbero essersi impigliati con particelle di luce.
Ecco perché è un'idea così radicale:
Guarda te stesso, poi guarda la persona accanto a te. Siete esseri fisicamente separati, giusto?
Ma la meccanica quantistica ci dice che non deve essere così. Le particelle, o raccolte di particelle, possono legarsi l'una all'altra, "aggrovigliarsi" in modo che le loro forme d'onda siano intrecciate. Nessuna delle due particelle può essere compresa o descritta senza descrivere anche l'altra. E misurare un tratto fisico di una particella "fa collassare" la forma d'onda di entrambe le particelle. Separa le particelle di migliaia di miglia e potresti comunque apprendere istantaneamente lo stato fisico di una di esse misurando solo l'altra.
Secondo l'attuale teoria quantistica, non c'è limite a questo effetto. Ciò che funziona per un protone dovrebbe funzionare per un elefante. Ma in pratica, i sistemi più grandi sono molto più difficili da impigliare. E gli scienziati hanno discusso se gli esseri viventi siano semplicemente troppo complessi per essere impigliati. Faresti fatica a intrappolare due elefanti per lo stesso motivo per cui faresti fatica a insegnare a quegli elefanti a fare pattinaggio di figura in coppia a livello olimpico: non esiste una legge della natura specifica che dice che è impossibile, ma la maggior parte delle persone sarebbe d'accordo che non è possibile.
Eppure, nel 2017, un team di ricercatori con sede presso l'Università di Sheffield in Inghilterra ha affermato di aver creato uno stato di ciò che è noto come accoppiamento quantistico nei batteri fotosintetici. Hanno posizionato alcune centinaia di batteri in una stanza minuscola e specchiata e hanno fatto rimbalzare la luce. (In base alla lunghezza della mini stanza, solo una certa lunghezza d'onda della luce persisteva nel tempo, nota come frequenza di risonanza.) Nel tempo, sei dei batteri sembravano sviluppare una connessione quantistica limitata con la luce. Quindi la frequenza di risonanza della luce all'interno della piccola stanza sembrava sincronizzarsi con la frequenza con cui gli elettroni saltavano dentro e fuori posizione all'interno delle molecole fotosintetiche dei batteri. (Per ulteriori informazioni su questo effetto, controlla questo link.)
Marletto ha detto che il suo modello mostra che questo effetto probabilmente coinvolgeva più del semplice accoppiamento quantistico. Probabilmente stava succedendo qualcosa di ancora più strano di quanto descritto da quegli sperimentalisti, ha detto
I batteri, hanno dimostrato lei e i suoi colleghi, probabilmente sono rimasti impigliati nella luce. Ciò significa che le equazioni utilizzate per definire ciascuna delle forme d'onda - sia della luce che dei batteri - diventano un'unica equazione. Nessuno dei due è risolvibile senza l'altro. (Secondo la meccanica quantistica, tutti gli oggetti possono essere descritti sia come particelle che come onde, ma in pratica, in oggetti "grandi" come i batteri, le forme d'onda sono impossibili da vedere o misurare.)
Come il proverbiale gatto di Schrödinger in una scatola, l'intero sistema sembrava esistere in un mondo sotterraneo incerto: le particelle di luce sembrano aver contemporaneamente colpito e mancato i batteri.
Ciò non dimostra che i batteri e la luce fossero definitivamente impigliati, tuttavia - ci sono altre possibili spiegazioni che coinvolgono la fisica classica, e quelle non sono state ancora escluse, ha detto..
"Ciò che manca in questo esperimento è la capacità di confermare l'entanglement in un modo più profondo", ha detto.
Gli esperimenti quantistici spesso implicano la misurazione delle caratteristiche fisiche di una particella entangled per capire se tali caratteristiche influenzano l'altra particella. In questo caso, ciò avrebbe significato misurare i tratti fisici dei batteri insieme ai tratti fisici della luce. Ciò non era possibile in questo esperimento, ma Marletto ha detto che sono già in fase di progettazione esperimenti che potrebbero dimostrare un vero entanglement.
Ancora più interessante, ha detto, è la questione se i batteri utilizzino l'entanglement in qualche modo che sia loro utile, anche se rispondere a questa domanda richiederebbe un lavoro molto più sperimentale.
"È possibile che la selezione naturale abbia portato i batteri a sfruttare gli effetti quantistici", ha detto.
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