Per la prima volta vediamo la forma di un singolo fotone

I ricercatori dell'Università di Birmingham hanno sviluppato una tecnica matematica che ha permesso per la prima volta di calcolare la "forma" di un fotone.

Arriva dall’Università di Birmingham una svolta nel campo della fotonica. I risultati ottenuti consentirebbero la visualizzazione dei fotoni e potrebbero rivoluzionare alcune tecnologie come quelle legate alla comunicazione, al rilevamento dei patogeni e al controllo molecolare nelle reazioni chimiche.

Una teoria quantistica molto avanzata ha permesso ai ricercatori di definire per la prima volta la "forma" esatta di un singolo fotone. Le virgolette sono obbligatorie perché è bene sottolineare che l'immagine creata dai ricercatori non ritrae direttamente un fotone: essendo una particella quantistica, un fotone può essere infatti descritto solo in termini probabilistici ..

Il Paradosso delle Traiettorie Surreali dei Fotoni

 

Una nuova versione del classico esperimento della doppia fenditura

..ha permesso di risolvere un paradosso emerso recentemente nell’ambito dell’interpretazione di de Broglie-Bohm della meccanica quantistica, quello delle “traiettorie surreali” dei fotoni.
Il comportamento dei fotoni in un esperimento classico come quello della doppia fenditura può essere descritto in modo soddisfacente nell’ambito della meccanica bohmiana – introdotta dal fisico e filosofo statunitense David Bohm per dare un’interpretazione realistica dei processi descritti dalla meccanica quantistica – tenendo conto del fenomeno dell’entanglement, la correlazione a distanza tra particelle prevista dalle stesse leggi della meccanica quantistica. Lo dimostra un esperimento effettuato da Aephraim Steinberg dell’Università di Toronto, in Canada, e colleghi canadesi e australiani, che firmano un articolo su “Science Advances”.

Il risultato dello studio contribuisce a chiarire l’annosa questione del “realismo” nella meccanica quantistica. Uno dei principi di base di questa teoria, il principio d’indeterminazione di Heisenberg, afferma che, a differenza di quanto avviene nella meccanica classica, non è possibile conoscere la posizione e la velocità di una particella con precisione arbitraria: la precisione sulla misurazione della posizione va a discapito della precisione sulla misurazione della velocità, e viceversa.

Inoltre, quando si effettua una misurazione occorre tenere conto che nell’interazione fisica con gli strumenti, un sistema microscopico è in qualche misura alterato: questo significa che non si può prescindere dalla presenza dell’osservatore, che è parte integrante del sistema. Infine, la descrizione della dinamica di una particella è intrinsecamente probabilistica: non è possibile descrivere la posizione di una particella, per esempio, se non facendo riferimento alla probabilità che si trovi in un punto, legato a un costrutto matematico associato alla particella stessa chiamato funzione d’onda...

La realtà fisica esiste oggettivamente?

Se c’è una cosa di cui la maggior parte di noi può essere certa è questa: che la nostra realtà fisica osservata esiste davvero.

Sebbene ci siano sempre alcuni presupposti filosofici dietro questa conclusione, è un presupposto che non è contraddetto da nulla che abbiamo mai misurato in nessuna condizione: non con i sensi umani, non con apparecchiature di laboratorio, non con telescopi o osservatori, non sotto l’influenza della sola natura né con specifico intervento umano.

La realtà esiste, e la nostra descrizione scientifica della realtà avviene proprio perché le misurazioni, effettuate ovunque o in qualsiasi momento, sono coerenti con quella stessa descrizione della realtà stessa.

Ma in precedenza c’era stata una serie di presupposti che accompagnavano la nostra nozione di realtà che non sono più universalmente concordati, e il principale tra questi è che la realtà stessa esiste in un modo che è indipendente dall’osservatore o dal misuratore ...

Fisica quantistica, telepatia e altri fenomeni paranormali

 

In questi ultimi anni si pubblicano sempre più articoli sui possibili rapporti tra fisica quantistica e paranormalità; e a ragione, perché qualcosa di vero sembra effettivamente esserci; particelle elementari (composte anche di informazioni) e coscienze (composte di informazioni: memoria, conoscenza, ecc.) sembrano talvolta obbedire alle stesse leggi quantistiche, ossia agli stessi effetti quantistici.

Prendiamo per esempio l’effetto Einstein-Podolsky-Rosen, in breve EPR, e la telepatia (da Bruno Severi, I miracoli della fisica quantistica, in “Scienza e Cultura nel mondo”, n. 1, p. 67 ):

"La nostra capacità di comprensione, così come la nostra immaginazione, ci rappresenta le particelle subatomiche come sferette materiali infinitamente piccole che interagiscono l’una con l’altra attraverso le forze che si ritiene siano vuote. Ma come era d’aspettarsi, le cose non sono così semplici. 

Queste particelle hanno dimostrato di possedere alcune caratteristiche davvero inquietanti, prima fra tutte il fatto di manifestare una qualche sorta di connessione reciproca anche se separate da distanze infinitamente grandi (i fisici definiscono questa proprietà “non località”). 

Ad esempio, due particelle provenienti da una stessa sorgente e che si allontanano, rimangono unite da un misterioso legame che le accomuna al di là di ogni barriera spazio-temporale che si interponga tra esse. Se agiamo in qualche modo su una delle due, anche l’altra ne risentirà istantaneamente nonostante le notevoli distanze che la separano. 

Recenti esperimenti estremamente sofisticati hanno confermato la veridicità di questo fenomeno ...

Universi paralleli, la prova della loro esistenza e interazione

Può sembrare la sceneggiatura di un film, eppure i fisici teorici studiano questi scenari da almeno 50 anni, ed esistono complicati ed eleganti calcoli matematici in grado di descriverli. 

L’ultima formulazione è stata pubblicata su “Physical Review X” da un team di studiosi australiani e statunitensi.

Secondo lo strano mondo della meccanica quantistica, abitato da atomi e particelle, esiste un universo in cui questo articolo non è mai stato scritto. E, a un tempo, un altro mondo in cui è possibile leggerlo e commentarlo. Bizzarrie della realtà a livello dei suoi costituenti più intimi, governata da fenomeni che spesso fanno a pugni con il senso comune. E che hanno fatto storcere il naso persino ad Albert Einstein.

Come la teoria del multiverso, in base alla quale esisterebbe una pluralità di universi paralleli, al punto che ogni decisione che ciascuno di noi prende in questo mondo ne creerebbe di nuovi. Secondo questa interpretazione, ci sarebbe, ad esempio, un mondo in cui il Terzo Reich è uscito vincitore dalla II guerra mondiale, e un altro in cui Hitler è uno sconosciuto pittore.

Può sembrare la sceneggiatura di un film, eppure i fisici teorici studiano questi scenari da almeno 50 anni, ed esistono complicati ed eleganti calcoli matematici in grado di descriverli. Secondo la formulazione, pubblicata (2014) su “Physical Review X”da un team dell’University of California a Davis, e della Griffith University australiana, non solo gli universi paralleli esisterebbero davvero, ma potrebbero persino interagire ...

I mattoni fondamentali dell’universo potrebbero essere frammenti di energia

 

Oggi, grazie a nuovi strumenti matematici  Silverberg e Eischen hanno dimostrato una teoria che può descrivere accuratamente l'universo. 

Invece di basare la teoria sulla deformazione dello spazio e del tempo, hanno considerato che potrebbe esserci un elemento costitutivo più fondamentale della particella e dell'onda.

Di Oliver Melis

Le strutture presenti nell’universo sono fatte di materia, ma la materia di cosa è fatta? Una domanda complicata alla quale molti hanno cercato di rispondere. 

Molti pensano che la materia sia composta da particelle o da onde, ma gli ingegneri Larry M. Silverberg e Jeffrey Eischen ritengono sia semplicemente composta da frammenti di energia.

Secondo la filosofia greca la materia era composta da cinque elementi: terra, acqua, aria, fuoco ed etere. 

L’etere era la materia che colmava i cieli e spiegava la rotazione della volta celeste dove erano incastonate le stelle. 

Questi erano gli elementi fondamentali che combinati creavano il mondo. 

Questa concezione è rimasta immutata per oltre 2000 anni ...

Che cos'è l'Entanglement?

L’entanglement quantistico rappresenta uno dei fenomeni più misteriosi, e tuttora sostanzialmente inspiegati, di tutta la fisica: capiamo meglio di cosa si tratta e in cosa consiste questo "mistero".

 di Luigi Maxmilian Caligiuri - 03/07/2019

Anche se la loro spiegazione è ancora lontana, i bizzarri fenomeni della meccanica quantistica, tra i quali l'Entanglement, sono alla base di tante tecnologie quotidianamente utilizzate, dal computer al laser, dalle celle solari ai dispositivi biomedicali. Inoltre costringono la scienza a indagare nuove teorie e possibilità, dalle interazioni superluminali alla “morte” quantistica dell’Universo.

La meccanica quantistica rappresenta senza dubbio il capitolo più misterioso di tutta la fisica: anche chi non possiede una formazione scientifica specialistica può rendersi facilmente conto e delle sue innumerevoli stranezze, in grado di violare così palesemente il senso comune.

Queste “contraddizioni” rappresentano, d’altra parte, il fondamento concettuale delle più importanti teorie fisiche moderne e sono oramai comunemente accettate “in quanto tali”, dal momento che i modelli che da esse derivano sono in grado di descrivere buona parte dei risultati sperimentali finora disponibili ...

Entanglement: Il più grande mistero della Fisica

Intervista di Scienza e Conoscenza a Massimo Teodorani, astrofisico.

Entanglement, che significa?
A cura di Elsa Nityama Masetti

Scienza e Conoscenza: Entanglement, una parola esotica o un termine tecnico? E’ uno di quei termini che sembra non trovare una traduzione “stabile” nel vocabolario italiano. Inoltre indica un fenomeno al primo approccio altrettanto sfuggente, inafferrabile. In poche parole fruibili a tutti, che cosa si intende per entanglement?

Massimo Teodorani: E’ il termine inglese usato in maniera standard dai fisici quantistici e tradotto alla lettera in italiano significa “intreccio”. Diciamo che il termine è abbastanza azzeccato perché denota uno stato prettamente fisico di legame indissolubile tra due particelle elementari – come ad esempio due elettroni o due fotoni – che hanno interagito almeno una volta. Il legame è di natura quantistica e significa che entrambe le particelle si comportano come un tutt’uno. La prova cruciale di questa specie di miracolo della natura la ebbe per la prima volta il fisico francese Alain Aspect con un epocale esperimento effettuato in laboratorio nel 1982. Si osservò che se si cambiava una proprietà (come ad esempio lo spin o la polarizzazione) della prima particella anche la stessa proprietà dell’altra cambiava istantaneamente. Questo cambiamento avviene semplicemente all’atto della misura, dove sulla scala quantistica, l’osservatore interagisce ineluttabilmente con l’osservato: l’atto della misura perturba la prima particella e istantaneamente influenza anche la particella gemella ...

Fisica o Misticismo? Le nuove frontiere della Fisica Quantistica

di Vincenzo Fanelli

Per anni l'uomo si è spinto verso le esplorazioni spaziali alla ricerca di nuove meraviglie nella speranza di comprendere meglio la natura dell'universo che lo circonda. In seguito, ha scoperto che sotto i suoi occhi esiste un mondo inesplorato e che contiene tutte le risposte di cui ha bisogno: il mondo subatomico. 

La realtà che ci circonda è governata da leggi empiriche abbondantemente studiate da Isaac Newton e che costituiscono la fisica attraverso cui si esplora e si misura il mondo. Ad esempio, se si lasciano cadere dei massi da una montagna, è possibile calcolarne la velocità ed i tempi di rotolamento.

Per la fisica classica tutto deve essere misurabile e prevedibile. Grazie ad essa è stato possibile mandare l'uomo sulla Luna. Con questi strumenti i fisici si accingevano ad esplorare il mondo dell'infinitamente piccolo senza sapere che tutte le loro nozioni sarebbero state improvvisamente stravolte. La curiosità di conoscere la costituzione del "primo mattone" della materia li ha spinti in un luogo dove le leggi della fisica newtoniana sono inservibili.

La natura dei "mattoni" della materia che costituisce la realtà che ci circonda smentirono le aspettative dei ricercatori i quali pensavo di trovare piccoli ma solidi elementi; invece, trovarono impalpabili onde di energia. La solida materia che ci circonda è organizzata da onde energetiche che, come le onde radio, non possono essere individuate precisamente nello spazio in quanto presenti ovunque. Ad esempio, la penna sulla nostra scrivania può essere individuata nello spazio, mentre le onde radio della stazione che ascoltiamo non possono essere individuate con precisione in quanto sono presenti ovunque ...