Experiments on polarizers, a new step towards a possible interpretation of quantum mechanics
Questo articolo estende un modello di realismo locale precedentemente proposto per esperimenti EPR numerici introducendo un secondo assunto riguardante la modifica dell'oggetto indotta dalla misura, riproducendo così con successo i risultati della Meccanica Quantistica per gli esperimenti a tre polarizzatori pur riconoscendo la necessità di ulteriori sviluppi per incorporare le caratteristiche ondulatorie.
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Nel strano mondo del molto piccolo, la fisica si comporta in modi che spesso sembrano sfidare il buon senso. Per quasi un secolo, gli scienziati hanno lottato con una teoria chiamata meccanica quantistica, che descrive come particelle come la luce e gli elettroni interagiscono tra loro. Questa teoria è incredibilmente efficace nel prevedere ciò che accade negli esperimenti, eppure suggerisce che la realtà stessa sia sfocata finché non viene osservata. Uno dei puzzle più famosi in questo campo riguarda le particelle entangled, dove due oggetti sembrano influenzarsi istantaneamente attraverso vaste distanze, un fenomeno che appare violare la regola secondo cui nulla può viaggiare più velocemente della luce. Un altro enigma è come la misurazione di una particella sembri cambiarla, come se l'atto di guardare costringa l'universo a compiere una scelta. Per decenni, molti fisici si sono chiesti se esista una spiegazione più semplice e logica per queste stranezze, una che si adatti alla nostra comprensione quotidiana di come gli oggetti esistano e si muovano, senza dover abbandonare le regole base della realtà e della località.
Un ricercatore dell'Istituto Federale di Tecnologia Svizzero di Losanna ha dato un nuovo sguardo a questi problemi utilizzando un nuovo modo di pensare la luce. Invece di trattare un fotone, una particella di luce, come un singolo punto infinitamente piccolo come un puntino su una mappa, il ricercatore ha immaginato che fosse una piccola sezione estesa di un cerchio, come una fetta di torta. Questo semplice cambio di prospettiva ha permesso una simulazione al computer della luce che passa attraverso i polarizzatori, ovvero filtri che lasciano passare solo le onde luminose che vibrano in una direzione specifica. Nel mondo reale, se si prendono due polarizzatori e si posizionano ad angoli retti tra loro, nessuna luce passa. Ma se si fa scorrere un terzo polarizzatore tra di essi con un angolo diverso, improvvisamente appare della luce. Questo risultato controintuitivo è un classico test della meccanica quantistica. Il ricercatore ha costruito un modello in cui le particelle di luce sono queste piccole sezioni e dove i filtri le classificano in base a quale parte della sezione esse ricadono.
La simulazione ha rivelato che questo modello, che si basa sull'idea che le particelle di luce abbiano una dimensione piccola ma definita, può riprodurre esattamente gli stessi risultati che la meccanica quantistica prevede. Quando il ricercatore ha calcolato i dati per la luce che passa attraverso uno, due o tre polarizzatori, il pattern di luce che emerge corrispondeva perfettamente alla teoria standard. Fondamentalmente, questo modello ha ottenuto ciò senza violare le regole della fisica. Non ha richiesto che le particelle comunicassero istantaneamente attraverso lo spazio, né ha suggerito che la realtà venga creata solo quando la guardiamo. Al contrario, ha dimostrato che i risultati strani derivano da come lo strumento di misura interagisce con la forma estesa della particella. Quando una particola colpisce un filtro, se rientra interamente in una zona di "passaggio", passa. Se si trova a cavallo tra una zona di passaggio e una zona di blocco, viene assorbita e scompare. Questo assorbimento non è un errore o un difetto dell'attrezzatura; è una parte necessaria del processo in questo modello.
Lo studio va oltre, mostrando che l'atto della misurazione in questo modello cambia effettivamente la particella, anche se il risultato finale della misurazione rimane lo stesso. Mentre una particella passa attraverso un filtro, viene leggermente spostata o ruotata, stabilendosi in una nuova posizione all'interno della zona consentita. Questo imita l'idea quantistica che la misurazione alteri l'oggetto misurato. Il ricercatore ha scoperto che utilizzando una specifica curva matematica per descrivere come queste particelle si stabilizzano, la simulazione poteva corrispondere perfettamente alle probabilità osservate negli esperimenti del mondo reale. Ciò suggerisce che la "stranezza" della meccanica quantistica potrebbe non essere un mistero fondamentale dell'universo, ma piuttosto una conseguenza di come definiamo i nostri strumenti di misura e le particelle che misurano. Il modello implica che la meccanica quantistica sia essenzialmente una teoria di ciò che possiamo misurare, piuttosto che una descrizione completa di tutto ciò che esiste. Funziona così bene perché ignora le particelle che vengono assorbite, concentrandosi solo su quelle che raggiungono il rilevatore.
Questo approccio sfida il presupposto di lunga data secondo cui le particelle devono essere trattate come punti di dimensione zero affinché la matematica funzioni. Il ricercatore sostiene che se le particelle sono in realtà piccoli oggetti estesi, allora le strane violazioni della realtà locale che solitamente affliggono le spiegazioni quantistiche scompaiono. Il modello suggerisce che esistono stati delle particelle che semplicemente non possono essere misurati perché cadono in una "terra di nessuno" tra le categorie, e poiché non possono essere misurati, non appaiono nelle statistiche finali. Questo spiega perché la teoria sembri funzionare così bene senza dover invocare mondi paralleli o comunicazione istantanea. Il ricercatore è attento a notare che questa è una simulazione e una proposta per un nuovo modo di guardare i dati, non una prova definitiva di come la natura funzioni esattamente. Tuttavia, i risultati sono robusti e coerenti con le leggi note della fisica. Il lavoro apre la porta a un futuro in cui i comportamenti onda-particella della luce potrebbero essere compresi attraverso la geometria di questi oggetti estesi, potenzialmente colmando il divario tra il mondo quantistico strano e la realtà solida e prevedibile che sperimentiamo ogni giorno.
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