Potrebbe esserci un granello di speranza per il felino condannato più famoso della fisica, il gatto di Schrödinger.
Nel bizzarro esperimento mentale che simboleggia lo strano stato delle particelle subatomiche nella fisica quantistica, un gatto confinato in una scatola è sia morto che vivo fino a quando la scatola non viene aperta, a quel punto il gatto cade morto o felicemente si allontana.
Una volta si pensava che questo momento di verità fosse istantaneo e completamente imprevedibile. Ma in uno studio pubblicato il 3 giugno sulla rivista Nature, i fisici di Yale sono stati in grado di guardare il gatto di Schrödinger in azione, prevedere il destino del felino e persino salvare il gatto da una morte prematura.
Con questa nuova scoperta, i fisici sono stati in grado di "interrompere il processo e riportare il gatto al suo stato vivo", ha detto a Live Science Michel Devoret, un fisico di Harvard e uno dei coautori dello studio.
In fisica, il gatto di Schrödinger è un esperimento mentale in cui un gatto è intrappolato in una scatola con una particella che ha una probabilità del 50-50 di decadere. Se la particella decade, il gatto muore; altrimenti, il gatto vive. Fino a quando non apri la scatola, tuttavia, non hai idea di cosa sia successo al gatto, quindi esiste in una sovrapposizione di entrambi gli stati vivo e morto, proprio come gli elettroni e altre particelle subatomiche esistono contemporaneamente in più stati (come l'energia multipla livelli) fino a quando non vengono osservati. Quando una particella viene osservata e sceglie casualmente di occupare solo un livello di energia, si chiama salto quantico. I fisici inizialmente pensavano che i salti quantici fossero istantanei e discreti: Poof! E improvvisamente, la particella si trova in uno stato o nell'altro.
Ma negli anni '90, più fisici hanno iniziato a sospettare che le particelle seguissero un percorso lineare mentre saltavano, prima di entrare nel loro stato finale. A quel tempo, i fisici non avevano la tecnologia per osservare quelle traiettorie, ha detto Todd Brun, un fisico della University of Southern California, che non era coinvolto nella ricerca. È qui che entrano Devoret e i suoi coautori.
I fisici di Yale brillavano di una luce intensa su un atomo e osservavano come la luce si diffondeva durante il salto quantico. Hanno scoperto che i salti quantici erano continui piuttosto che discreti, e che salta a diversi livelli di energia discreti mantenuti su specifici percorsi di "volo".
Una volta che i fisici hanno conosciuto lo stato specifico a cui si avvicinava l'atomo, sono stati quindi in grado di invertire quel volo, applicando una forza nella giusta direzione con la giusta forza, ha detto l'autore principale e il fisico della Yale University Zlatko Minev. L'identificazione corretta del tipo di salto è stata fondamentale per invertire con successo il volo, ha aggiunto. "È molto precario", ha detto Minev a Live Science.
Alcuni fisici, come Brun, non sono sorpresi dalla scoperta: "Questo non è diverso da qualsiasi cosa qualcuno avesse previsto", ha detto Brun a Live Science. "La cosa interessante è che l'hanno eseguita sperimentalmente."
La nuova scoperta è particolarmente significativa per le strutture di ricerca come il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), dove i fisici osservano le onde gravitazionali, ha affermato Devoret. In queste strutture di ricerca, l'imprevedibilità delle particelle, chiamata anche rumore quantico, è la rovina degli sforzi degli scienziati per effettuare misurazioni accurate.
"Come dicono i fisici, con il rumore quantico, nemmeno Dio può sapere cosa misurerai", ha detto Devoret. Usando la ricerca, i fisici possono "silenziare" il rumore quantico e fare misurazioni più accurate.
Le particelle, e il destino del gatto di Schrödinger, saranno sempre alquanto imprevedibili a lungo termine, ha detto Devoret. Lui e la scoperta principale dei suoi co-autori è che i loro destini possono essere osservati e previsti mentre accadono.
"È un po 'come le eruzioni vulcaniche", ha spiegato Devoret, "sono imprevedibili a lungo termine. Ma a breve termine, puoi vedere quando si sta per scoppiare."
