Esperimento sulla correlazione quantistica di Aspect

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L'esperimento sulla correlazione quantistica di Aspect verifica con altissima probabilità il fenomeno dell'entanglement quantistico e la violazione delle disuguaglianze di Bell, confermando l'incompatibilità della meccanica quantistica col principio di località e indicando di conseguenza la nullità di tale principio.[1]

Storia e descrizione dell'esperimento[modifica | modifica wikitesto]

Il fisico francese Alain Aspect realizzò, tra il 1981 e 82, una serie di apparecchiature con le quali cercare di risolvere il contenzioso che da mezzo secolo aveva opposto i fisici che si riconoscevano nelle posizioni "classiche" (fra i quali Einstein) ai fisici quantistici della interpretazione di Copenaghen. Insieme a Jean Dalibard e Gérard Roger, due ricercatori dell'Istituto di Ottica dell'Università di Parigi, riuscì a verificare con quasi certezza le ipotesi non locali della teoria quantistica, verificando la violazione delle disuguaglianze CH74 e CHSH.

L'esperimento consisteva nella misura delle proprietà di due fotoni, generati da un decadimento a cascata di un atomo di calcio . Nello spazio di Hilbert della polarizzazione, i due fotoni si trovano nello stato

dove e indicano polarizzazione orizzontale e verticale. Lo stato è invariante per rotazioni, ovvero in generale è equivalente allo stato , dove è una certa direzione e è la direzione ad essa perpendicolare. L'esperimento mirava alla violazione delle disuguaglianze di Bell, attraverso la misura delle probabilità della coppia di fotoni di attraversare una coppia di polarizzatori orientati ad angoli specifici. In particolare, indicando con e i vettori rappresentanti l'orientazione dei polarizzatori, indichiamo con la probabilità che entrambi i fotoni attraversino i rispettivi polarizzatori e siano quindi rivelati dagli strumenti di misura (assumendo per semplicità un'efficienza del 100%).

La disuguaglianza di Bell generalizzata messa alla prova dall'esperimento ha la forma seguente

dove e sono le probabilità di una coincidenza con il polarizzatore in B o in A rimosso. Il valore di S porta ad una violazione massima solo per alcune scelte degli angoli di orientazione dei polarizzatori. In particolare avviene se le 4 scelte hanno fra di esse un angolo di o di .

Il risultato dell'esperimento fu una violazione delle disuguaglianze di oltre 13 deviazioni standard, in notevole accordo con le predizioni della meccanica quantistica.

Conseguenze[modifica | modifica wikitesto]

In tal modo Aspect verificò sperimentalmente il fenomeno non locale dell'entanglement, previsto dalla meccanica quantistica nella sua interpretazione classica, mostrando nel contempo con probabilità estremamente elevata (oltre 13 deviazioni standard) che modelli a variabili nascoste locali non possono riprodurre la statistica della meccanica quantistica. Infatti, seguendo tali modelli si calcolano i valori limite per la grandezza S di cui sopra, che sono sperimentalmente violati, falsificando tutti i modelli a variabili nascoste locali. In termini più semplici, l'ipotesi di variabili nascoste nella meccanica quantistica allo scopo di "annullare" il fenomeno dell'entanglement, salvando contemporaneamente il principio di località e gran parte della teoria, non ottiene il risultato voluto, come predetto dal teorema di Bell.

Notare che non vi è alcuna azione causale a distanza fra i due fotoni, cioè non è l'atto di misura sul primo a causare il comportamento del secondo. Se fosse vero, non solo quest'ipotetica causazione dovrebbe avvenire istantaneamente, ma dovrebbe anche avvenire all'indietro nel tempo, dato che in determinate condizioni sperimentali vi possono essere sistemi di riferimento in cui l'ordine delle misure è invertito[senza fonte] [2].

Che non vi sia connessione causale fra gli atti di misura non è in contraddizione con la meccanica quantistica, ma ne è conseguenza: è possibile dimostrare che qualunque misura, anche generalizzata, su di un fotone non può modificare la statistica di misure effettuate sull'altro. La correlazione esiste fra i risultati delle misure considerate contemporaneamente, come il fatto, nell'esperimento di Aspect, che i fotoni avessero sempre la stessa polarizzazione, indipendentemente dalla scelta di orientazione del polarizzatore. Questo era stato anticipato dal fatto che lo stato fosse uno stato massimamente entangled, invariante per rotazioni.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Alain Aspect, Philippe Grangier e Gérard Roger, Experimental Tests of Realistic Local Theories via Bell's Theorem, in Physical Review Letters, vol. 47, 1981, p. 460.
  2. ^ Quantum Nonlocality: How Does Nature Do It?