Tutto il mondo obbedisce alla meccanica quantistica. Anche il premio Nobel

A cento anni esatti dalla venuta al mondo della meccanica quantistica, non stupisce che il premio Nobel per la fisica sia stato assegnato a tre scienziati che possono annoverarsi tra i custodi più insigni di tanto nobile sapere. Nel 1925, dopo un’estate trascorsa sulle scogliere di arenaria dell’isola di Helgoland, in compagnia di soli uccelli marini e foche, il ventiquattrenne Werner Heisenberg pubblicava l’articolo detto “Umdeutung”, vale a dire la “reinterpretazione” della realtà microscopica con cui si metteva a punto la meccanica delle matrici e quindi la prima formulazione della meccanica quantistica. Cent’anni dopo, l’inglese John Clarke, professore emerito a Berkeley, il francese Michel Devoret, professore emerito all’università di Yale, e lo statunitense John Martinis, di stanza a Santa Barbara, vengono insigniti del premio Nobel «per la scoperta del tunneling quantistico macroscopico e della quantizzazione dell’energia in un circuito elettrico». Il premio Nobel per la Medicina a tre scienziati che ci hanno dato una speranza per la cura delle malattie autoimmuni Le ricerche dei premiati La loro ricerca prendeva avvio all’inizio degli anni Ottanta, quando la fisica della materia condensata – cioè quella branca della fisica che studia le fasi “condensate” della materia, come il solido e il liquido – iniziò a spingersi oltre i confini del mondo microscopico. Gli scienziati del tempo cercavano di capire se gli effetti tipici della meccanica quantistica (fin lì osservati solo nelle particelle atomiche e subatomiche) potessero emergere anche in sistemi molto più grandi. È in questo contesto che si inseriscono gli esperimenti del trio premiato: al centro delle loro ricerche c’era lo studio di un circuito superconduttore, ossia un dispositivo in cui, a temperature prossime allo zero assoluto, la resistenza elettrica si annulla. In queste condizioni, la materia rivela un volto inaspettato, in cui le leggi della fisica quantistica diventano visibili su scala macroscopica. I protagonisti di questa scoperta utilizzarono le cosiddette “giunzioni Josephson”: si tratta di minuscoli circuiti in grado di creare uno stato quantistico collettivo, in cui l’intero sistema si comporta come fosse una sola “onda” coerente, simile a quella che, nella meccanica quantistica, descrive le particelle subatomiche, eppure applicata a fenomeni familiari come la corrente elettrica. Gli esperimenti di Clarke, Devoret e Martinis dimostrano che tali sistemi non solo obbediscono alle leggi della meccanica quantistica, ma rendono possibile osservare nella realtà macroscopica fenomeni come il tunnelling quantistico, ossia la capacità di un sistema di passare da uno stato energetico a un altro superando una barriera di potenziale, senza disporre dell’energia a tal fine necessaria secondo la fisica classica. Detto altrimenti, è come se la corrente “attraversasse un muro” – comportamento che nella fisica classica viene considerato impossibile. La scoperta può ben dirsi di portata rivoluzionaria, in primo luogo per come ci invita a ripensare la realtà che ci circonda: non esiste alcun confine tra il mondo microscopico, con la sua natura quantistica, e quello macroscopico, dominio della fisica classica. Ogni singola parte del nostro universo, grande o piccola, obbedisce alle enigmatiche leggi della meccanica quantistica. Vero: quando osserviamo il mondo su scale molto grandi, è impossibile coglierne la struttura fatta di molecole, atomi e particelle subatomiche. Le variabili in gioco sono troppe, le loro fluttuazioni risultano trascurabili e tutto sembra seguire le leggi tradizionali della meccanica classica, con le sue deterministiche certezze. Il lampo gamma che sfida la nostra comprensione dell’Universo Fenomeni macro e microscopici Ma se potessimo osservare il mondo come se noi stessi fossimo una particella elementare, vedremmo che ogni sua sezione si comporta in modo da mettere a soqquadro tutto ciò che riteniamo di sapere sulla realtà circostante, tanto è sorprendente il comportamento della materia a livello quantistico. Contributi come quelli di Clarke, Devoret e Martinis offrono dunque una formidabile riprova di come, a dispetto di quanto crediamo, l’universo sia interamente quantistico e di come, pertanto, quei fenomeni macroscopici che a noi sembrano del tutto ordinari non si lascino ancora ricondurre a un quadro teorico unitario e ultimativo. Proprio come Katherine Mansfield, che avrebbe voluto portare la stravagante realtà della sua Nuova Zelanda agli occhi increduli di chi abitava la vecchia Europa, questi tre rampolli della famiglia dei quanti fanno guizzare «quella terra sconosciuta» davanti agli occhi di chi abita la realtà macroscopica, che così ci si mostra «misteriosa, come se fluttuasse», per lasciarci «senza fiato».