L’Assemblea Generale delle Nazioni Unite, a 100 anni dalla prima formulazione completa della meccanica quantistica, ha proclamato il 2025 Anno internazionale delle scienze tecnologiche quantistiche. La meccanica quantistica ha rivoluzionato lo studio della materia a livello atomico e subatomico, tuttavia le interpretazioni che dà della natura sono difficili da immaginare. «Vi è anzi – ha scritto il giornalista scientifico Pietro Greco – una scuola di pensiero che sostiene che è assolutamente impossibile farlo perché il mondo quantistico e i nostri sensi non hanno nulla in comune».
È un mondo a parte, come quello di Alice nel paese delle meraviglie. La meccanica quantistica ha costituito un punto di svolta che ha scardinato le acquisizioni su cui poggiava la fisica fino agli inizi del ‘900. Il mondo a livello microscopico, insomma, è tutta un’altra cosa rispetto a quello macroscopico, ha regole e leggi diverse.
A rendersene conto, suo malgrado, è stato per primo il fisico tedesco Max Planck nel 1901. Per spiegare lo spettro emesso da un corpo nero, un corpo capace di assorbire completamente le radiazioni che lo colpiscono, Planck è costretto a usare un trucco, spiega Carlo Rovelli nel suo volumetto Sette brevi lezioni di fisica. «Immagina che l’energia del campo sia distribuita in “quanti”, cioè in pacchetti, grumi di energia. La procedura porta a un risultato che riproduce perfettamente quanto si misura (e dunque deve essere in qualche modo corretta), ma stride con tutto ciò che si sapeva al tempo, perché l’energia era considerata qualcosa che varia in maniera continua, e non c’era ragione per trattarla come fosse fatta di mattoncini».
Al primo passo ne seguono altri ed è subito una valanga che porta, nel 1925, alle equazioni che interpretano il mondo atomico. Da un lato Werner Heisenberg con la meccanica delle matrici, dall’altro Erwin Schrodinger con la meccanica ondulatoria. Approcci differenti, ma risultati identici. Heisenberg, poi, con il suo Principio di indeterminazione aggiunge alla complessa costruzione concettuale un nuovo e rivoluzionario tassello. Dimostra, infatti, che non è possibile misurare contemporaneamente la posizione e la velocità di una particella. Un colpo pesante per la fisica classica, sviluppata da Newton e Galileo, abituata ad avere un controllo totale del moto dei corpi, delle loro traiettorie, della loro energia. Heisenberg con il suo principio porta l’incertezza dove prima vi era la certezza.
Nonostante tutto, scrive Carlo Rovelli, «la meccanica quantistica, o “teoria dei quanti”, ha ottenuto un successo sperimentale che non ha eguali e ha portato applicazioni che hanno cambiato la nostra vita quotidiana». Innumerevoli sono, infatti, le applicazioni. A chi verrebbe in mente, per esempio, che la RMN − Risonanza magnetica nucleare −, strumento di elezione per molte diagnosi mediche, deve tutto alla meccanica quantistica? Eppure è così. La RMN sfrutta la capacità degli atomi di idrogeno presenti nel corpo umano di interagire con le onde radio e i campi magnetici.
Il mondo dell’elettronica, dai semiconduttori ai Led, attinge a piene mani alla quantistica. Così pure l’informatica. «Nel computer quantistico – spiega Manuele Bassanini sul sito impresa.it – il calcolo parallelo avviene in un unico circuito. Questo genera notevoli potenzialità per tutte le applicazioni che richiedono una immensa capacità di elaborazione». Se ne agevolerà di sicuro l’Intelligenza Artificiale, ma potremo progettare al computer anche nuovi farmaci.
C’è poi il campo della microscopia. Il microscopio a effetto tunnel ha portato il dettaglio fino alla struttura atomica del campione analizzato. L’effetto tunnel è la «capacità – spiega Mondo quantistico – di alcuni elettroni di superare la barriera di energia che li mantiene uniti ai loro atomi anche quando essi non hanno energia sufficiente per superarla». L’importanza di questo effetto è indubbiamente notevole. Il Nobel per la Fisica di quest’anno a John Clarke, Miche H. Devoret e John M. Martinis è stato assegnato perché hanno dimostrato la possibilità che l’effetto tunnel possa manifestarsi anche in oggetti macroscopici.
Le scienze quantistiche sono ormai pervasive, sono presenti nei nostri cellulari e nei computer, in oggetti meno comuni come, per esempio, i puntatori laser, nei grandi strumenti di diagnostica per immagini e non è ancora tutto. Tuttavia, scrive Carlo Rovelli, la meccanica quantistica «a un secolo dalla sua nascita resta ancora avvolta in uno strano profumo di incomprensibilità e di mistero».
