L'esperimento più bello della fisica

La sera dell'8 gennaio sono andato al planetario Hoepli, insieme con l'amico Giovanni Guido, ad assistere a un'interessante conferenza sulla meccanica quantistica del buon Marco Giammarchi, che non vedevamo da diverso tempo (a tal proposito vi ricordo del post che ho dedicato a una vecchia "chiacchierata" che i due hanno fatto, sempre sulla meccanica quantistica, da qualche parte nei dintorni di Parabiago). A un certo punto Giammarchi ha citato quello che è considerato come l'esperimento più bello della fisica, ovvero l'esperimento della doppia fenditura condotto con gli elettroni singoli. E' citato di passaggio anche nell'ultima uscita della rubrica di Stefano Sandrelli, Oltre l'orizzonte (che in questo caso riprende il suo articolo uscito su Sapere a dicembre 2025) e si riferisce a uno specifico esperimento di meccanica quantistica condotto nel 1974 da Pier Giorgio Merli, Gian Franco Missiroli, e Giulio Pozzi.

Da sinistra: Pozzi, Missiroli e Merli in una foto pubblicata sul Sole 24 ore il 6 settemnre 2003 - via Springer

Discussione su una disuguaglianza

Marco Giammarchi e Giovanni Guido

Mercoledì sera, il 18 maggio, presso la libreria di Canegrate, si è tenuto un interessante incontro dal titolo I paradossi dell'atomo e dell'anima, con Marco Giammarchi, introdotto dall'amico Giovanni Guido.
Tralasciando l'introduzione di Giovanni (a mio giudizio troppo... "mistica"), mi vorrei soffermare in particolare su uno dei punti toccati da Giammarchi durante la sua presentazione: la disuguaglianza di Bell.

Il problema dei dadi

Il punto di partenza è la nota discussione tra Albert Einstein e Niels Bohr sull'interpretazione corretta da dare alla meccanica quantistica e ai suoi risultati. Mentre Bohr era fautore dell'interpretazione probabilistica, Einstein non era completamente soddisfatto della cosa. La famosa frase sui "dadi" che ricorre spesso quando si discute sulla questione, venne scritta dal fisico in una lettera del 4 dicembre 1926 a Max Born:

La meccanica quantistica è certamente imponente. Ma una voce interiore mi dice che non è ancora reale. La teoria dice molto, ma non ci conduce realmente più vicino al segreto del "grande vecchio". Io, in ogni caso, sono convinto che Egli non gioca a dadi⁽¹⁾.

Einstein, però, non contento, insieme con Boris Podolsky e Nathan Rosen scrisse un famoso articolo⁽²⁾ noto come il paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen. L'idea dell'articolo era quella di dimostrare l'incompletezza della meccanica quantistica come descrizione matematica della realtà.
Il punto di partenza è abbastanza semplice:

Ogni seria considerazione di una teoria fisica deve tenere da conto la distinzione tra la realtà oggettiva, che è indipendente da ogni teoria, e i concetti fisici con cui la teoria opera.⁽²⁾

È evidente sin da subito la difficoltà nell'intendere l'interpretazione statistica della meccanica quantistica come una realtà fisicamente oggettiva. Per dimostrare che questa interpretazione è almeno incompleta, i tre distinguono tra due casi differenti⁽²⁾ (opposti nella loro visione):

1. la descrizione quanto-meccanica della realtà data dalla funzione d'onda non è completa;
2. quando gli operatori corrispondenti a due quantità fisiche non commutano le due quantità non possono avere una realtà simultanea.

Nel corso dell'articolo viene dimostrato che la negazione della (1) conduce alla negazione della (2) e quindi la descrizione della realtà fisica data dalla funzione d'onda non è completa⁽²⁾.
I tre, allora, concludono:

Mentre abbiamo così mostrato che la funzione d’onda non fornisce una descrizione completa della realtà fisica, lasciamo aperta la questione se esista o meno una descrizione di tale genere. Crediamo, comunque, che una tale teoria è possibile.⁽²⁾