Sotto la lente di un microscopio tutto quello che vediamo può essere sorprendente. Ma quando gli scienziati hanno catturato l’immagine di atomi che si trasformano in onde, la sorpresa ha toccato vette altissime. Questo straordinario fenomeno ha reso visibile una delle teorie più controverse e affascinanti: la dualità onda-particella. Aspettate, raccolgo la mascella e proseguo.
Prima di tutto, un breve ripasso di fisica. Non per voi, eh, che ne sapete tantissimo. Lo faccio per un amico.
Allora: Louis de Broglie, nel lontano 1924, ebbe l’idea rivoluzionaria che tutte le particelle di materia, non solo la luce, potessero comportarsi come onde. Due anni dopo, Erwin Schrödinger trasformò questa idea in una vera e propria equazione: ogni fisico la conosce come il proprio indirizzo di casa. Questa equazione ci dice che gli atomi non sono solo minuscole pallette che rimbalzano qua e là, ma esistono come “pacchetti d’onda” finché non li osserviamo, momento in cui collassano in particelle discrete. Qualcuno ha visto il gatto?
Fotografare il dualismo onda-particella: come hanno fatto?
Gli scienziati dietro questa impresa non si sono limitati a prendere un paio di foto con lo smartphone. Hanno raffreddato degli atomi di litio fino a temperature vicine allo zero assoluto usando laser per sottrarre loro energia.
Poi li hanno intrappolati in un reticolo ottico, un po’ come un complesso gioco di ping-pong dove le palline sono gli atomi e le racchette sono fasci di luce. Dopo averli intrappolati, infine, hanno spento e riacceso periodicamente questo reticolo, osservando gli atomi passare dallo stato di particella a quello di onda.
Infine, ecco il colpo di scena: una fotocamera al microscopio ha registrato la luce emessa dagli atomi mentre passavano da particelle ad onde.
L’immagine del secolo
Mettendo insieme tante di queste immagini di “passaggio” da particelle a onde, i ricercatori hanno costruito un quadro dettagliato del comportamento ondulatorio degli atomi, in perfetta armonia con l’equazione di Schrödinger.
La natura ondulatoria della materia rimane uno degli aspetti più sorprendenti della meccanica quantistica
I ricercatori nel loro articolo.
Ed è solo l’inizio. I fisici prevedono che questa tecnica di imaging potrà essere utilizzata per studiare sistemi ancora più complessi. Forse potremo osservare direttamente i comportamenti bizzarri della materia nei nuclei delle stelle di neutroni, o il plasma di quark e gluoni che si pensa esistesse subito dopo il Big Bang. È come se avessimo appena scoperto un nuovo set di occhiali che ci permette di vedere il mondo quantistico con una chiarezza mai vista prima.
Da oggi possiamo “campionare” la densità della funzione d’onda, un po’ come se ogni atomo fosse un pixel su una fotocamera digitale.
Tarik Yefsah, coautore dello studio (che vi linko qui)
Onda su onda, verso l’infinito e oltre
Le implicazioni di questa scoperta, ve l’ho detto, vanno ben oltre il semplice scattare una bella foto. Si tratta di aprire nuovi orizzonti nella nostra comprensione dell’universo. Ci troviamo di fronte a una svolta epocale, un passo avanti che potrebbe cambiare il modo in cui vediamo la realtà stessa. La fisica quantistica, con tutte le sue stranezze e paradossi, ci ha appena regalato una nuova lente per esplorare il mondo invisibile.
Siamo pronti a tuffarci in questo mare di onde e particelle, dove l’impossibile diventa realtà. Perché, in fondo, siamo fatti della stessa sostanza delle stelle. E delle onde.
