Oggi meccanica quantistica, ottica e magnetismo si combinano insieme per fornire una nuova conferma sperimentale a una teoria fisica. Un gruppo di ricerca coordinato dal Mit, infatti, hanno osservato per la prima volta un nuovo fenomeno esotico, ricercato da decenni, che fonde in sé onde ottiche, campi magnetici e l’inversione della linea del tempo. Il fenomeno, molto complesso, è stato rilevato attraverso un’articolata strumentazione ottica e magnetica ed è chiamato effetto Aharonov-Bohm non abeliano. I risultati sono pubblicati su Science.
Il fenomeno esotico in questione
L’effetto Aharonov-Bohm è un particolare fenomeno quantistico teorizzato dai due fisici Yakir Aharonov e David Bohm nel 1959. In questo effetto una particella carica è influenzata da campi elettromagnetici anche dove questi campi sono nulli, cioè dove in teoria non dovrebbe avere alcun effetto. Un po’ come dire che nella meccanica quantistica – dove molti fenomeni inottenibili nella realtà diventano possibili – il campo magnetico che svolge un’azione soltanto locale e limitata nello spazio su una particella è insufficiente a rappresentare il sistema e che c’è qualcosa in più, assente nella fisica classica.
Ciò che è noto fino ad oggi
Finora gli scienziati hanno osservato l’effetto “Aharonov-Bohm abeliano” in particolari campi fisici (che sono le scene dove avvengono le interazioni fra le particelle) detti commutativi. In questi campi vigono particolari regole per cui qualsiasi avvenimento, ad esempio le interazioni delle particelle con le forze, si manifestano in maniera uguale sia in avanti che indietro, ovvero sia nel passato che nel futuro. In pratica, se registrassimo cosa avviene sulla scena e mandassimo avanti e indietro il nastro della registrazione non ci accorgeremo di alcuna differenza: gli avvenimenti ci sembrerebbero ugualmente possibili e non sapremmo dire cosa è accaduto prima e cosa dopo. Questi campi sono detti commutativi proprio perché in qualche modo ricordano quello che avviene nella proprietà commutativa applicata all’addizione e alla moltiplicazione, in cui cambiando l’ordine degli addendi o dei fattori il risultato non cambia.
La scoperta, un fenomeno esotico
Ad oggi non era chiaro se questo fenomeno esotico fosse possibile anche in campi fisici in cui non c’è questa proprietà commutativa, in cui cioè non vale la possibilità di scambiare a proprio piacimento gli elementi della trasformazione. Le difficoltà riguardavano sia la realizzazione dell’esperimento, molto difficile, sia la capacità di rilevarlo qualora sia presente. La novità dell’esperimento odierno è che finalmente gli scienziati ci sono riusciti e lo hanno osservato.
Per ottenere il risultato è stato necessario rompere più volte la perfetta simmetria del tempo – per la quale scorrendo in un verso o in un altro l’interazione ci appariva sempre uguale. Un po’ come dire che dobbiamo riavvolgere più e più volte il nastro della registrazione di ciò che è avvenuto. Per osservare il fenomeno gli autori hanno combinato meccanica quantistica, ottica e magnetismo, utilizzando particolari fasci di luce e campi magnetici in un complicato setup scientifico.
Un fenomeno esotico mai osservato
La versione originale dell’esperimento, l’effetto Aharonov-Bohm abeliano, invece, richiede di rompere solo una volta questa simmetria. La versione originale “è stata osservata dopo una serie di sforzi sperimentali”, ha spiegato Yi Yang, primo autore del paper, “mentre l’effetto non abeliano non era mai stato osservato finora”. Il risultato “ci consente di fare molte cose”, prosegue il ricercatore, e apre le porte a un’ampia varietà di possibili esperimenti. Senza dimenticare che in futuro potrebbe portare ad applicazioni per nuovi dispositivi elettronici ancora più avanzati e qubit superconduttori per computer quantistici.
Via Wired.it
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