Potrebbe esserci un modo per sgattaiolare un picco al gatto di Schrödinger - il famoso esperimento mentale basato sul felino che descrive il comportamento misterioso delle particelle subatomiche - senza uccidere definitivamente l'animale (ipotetico).
Il gatto sfortunato e immaginario è contemporaneamente vivo e morto all'interno di una scatola, o esiste in una sovrapposizione di stati "morti" e "vivi", proprio come esistono particelle subatomiche in una sovrapposizione di molti stati contemporaneamente. Ma guardare dentro la scatola cambia lo stato del gatto, che diventa vivo o morto.
Ora, tuttavia, uno studio pubblicato il 1 ° ottobre nel New Journal of Physics descrive un modo per dare una sbirciatina al gatto senza forzarlo a vivere o morire. In tal modo, promuove la comprensione da parte degli scienziati di uno dei paradossi fondamentali della fisica.
Nel nostro normale mondo su larga scala, guardare un oggetto non sembra cambiarlo. Ma ingrandisci abbastanza, e non è così.
"Normalmente pensiamo che il prezzo che paghiamo per guardare non sia nulla", ha detto l'autore principale dello studio Holger F. Hofmann, professore associato di fisica all'Università di Hiroshima in Giappone. "Non è corretto. Per guardare, devi avere la luce e la luce cambia l'oggetto." Questo perché anche un singolo fotone di luce trasferisce energia da o verso l'oggetto che stai osservando.
Hofmann e Kartik Patekar, che all'epoca era uno studente universitario in visita all'Università di Hiroshima e ora si trova all'Istituto indiano di tecnologia Bombay, si chiedevano se ci fosse un modo di guardare senza "pagare il prezzo". Sono atterrati su una struttura matematica che separa l'interazione iniziale (guardando il gatto) dalla lettura (sapendo se è viva o morta).
"La nostra motivazione principale era di guardare con molta attenzione al modo in cui avviene una misurazione quantistica", ha detto Hofmann. "E il punto chiave è che separiamo la misurazione in due passaggi."
In questo modo, Hoffman e Patekar sono in grado di supporre che tutti i fotoni coinvolti nell'interazione iniziale, o sbirciano il gatto, vengano catturati senza perdere alcuna informazione sullo stato del gatto. Quindi, prima della lettura, tutto ciò che c'è da sapere sullo stato del gatto (e su e come guardarlo lo ha cambiato) è ancora disponibile. È solo quando leggiamo le informazioni che ne perdiamo alcune.
"La cosa interessante è che il processo di lettura seleziona uno dei due tipi di informazioni e cancella completamente l'altro", ha affermato Hofmann.
Ecco come hanno descritto il loro lavoro in termini di gatto di Schrödinger. Supponi che il gatto sia ancora nella scatola, ma invece di guardare all'interno per determinare se il gatto è vivo o morto, hai installato una macchina fotografica fuori dalla scatola che può in qualche modo scattare una foto al suo interno (per il bene dell'esperimento mentale, ignora il fatto che le fotocamere fisiche non funzionano in questo modo). Una volta che la foto è stata scattata, la fotocamera ha due tipi di informazioni: come il gatto è cambiato a seguito della foto scattata (ciò che i ricercatori chiamano un tag quantico) e se il gatto è vivo o morto dopo l'interazione. Nessuna di queste informazioni è stata ancora persa. E a seconda di come si sceglie di "sviluppare" l'immagine, si recupera l'una o l'altra informazione.
Pensa a un lancio della moneta, ha detto Hofmann a Live Science. Puoi scegliere di sapere se una moneta è stata lanciata o se è attualmente testa o croce. Ma non puoi conoscere entrambi. Inoltre, se sai come è stato modificato un sistema quantistico e se tale modifica è reversibile, è possibile ripristinare il suo stato iniziale. (Nel caso della moneta, la riavvieresti.)
"Prima devi sempre disturbare il sistema, ma a volte puoi annullarlo", ha detto Hofmann. In termini di gatto, ciò significherebbe scattare una foto, ma invece di svilupparla per vedere chiaramente il gatto, sviluppandola in modo tale da riportare il gatto al suo stato di limbo vivo e morto.
Fondamentalmente, la scelta della lettura comporta un compromesso tra la risoluzione della misurazione e il suo disturbo, che sono esattamente uguali, dimostra il documento. La risoluzione si riferisce a quante informazioni vengono estratte dal sistema quantistico e il disturbo si riferisce a quanto il sistema viene irreversibilmente modificato. In altre parole, più conosci lo stato attuale del gatto, più lo hai irrimediabilmente modificato.
"Ciò che ho trovato sorprendente è che la capacità di annullare il disturbo è direttamente correlata alla quantità di informazioni che si ottengono sull'osservabile" o alla quantità fisica che stanno misurando, ha detto Hofmann. "La matematica è piuttosto esatta qui."
Sebbene lavori precedenti abbiano indicato un compromesso tra risoluzione e disturbo in una misurazione quantistica, questo articolo è il primo a quantificare la relazione esatta, Michael Hall, un fisico teorico della Australian National University, ha detto a Live Science in una e-mail.
"Per quanto ne so, nessun risultato precedente ha la forma di un'uguaglianza esatta relativa alla risoluzione e al disturbo", ha detto Hall, che non era coinvolto nello studio. "Questo rende l'approccio nel documento molto pulito."
