Cosa accade all’interno di un atomo? Come si muovono le particelle elementari? Perché l’elettrone non perde energia collassando sul nucleo atomico attorno a cui ruota? Questi sono alcuni interrogativi che hanno contribuito alla nascita della fisica dei quanti nella prima metà del XX secolo come naturale evoluzione della meccanica classica. Diversi scienziati hanno lavorato per rispondere a queste domande, osservando i fenomeni legati ai movimenti degli elettroni nello spazio libero dell’atomo, ideando teorie poi respinte dalla sperimentazione, fino a porre le solide basi della meccanica quantistica che studiamo oggi.
Plank, Heisenberg, Bohr, Davisson, De Broglie, Einstein e Schrödinger: sono questi i nomi associati alla vera e propria rivoluzione scientifica che diede nuova linfa al mondo microscopico e subatomico, contribuendo allo sviluppo delle tecnologie impiegate tutt’ora in ambito scientifico, dal laser alla risonanza magnetica alla microscopia elettronica.
La quantistica oggi
Oggi la fisica quantistica rivolge la sua attenzione a questioni come la teoria delle stringhe, che concilia meccanica quantistica e relatività nell’ipotesi che tutte le particelle elementari siano a loro volta formate da particelle infinitesimali simili a dei filamenti di energia che vibrano a diverse frequenze. Ciò significa che ogni cosa esistente nell’Universo potrebbe avere in realtà la stessa conformazione e origine, e avvalorare questa tesi potrebbe mettere ordine nel caos finora attribuito dalla meccanica quantistica allo spazio subatomico e dalla relatività allo spazio su larga scala.
Passi avanti sono stati fatti anche nel settore informatico. Gli scienziati stanno lavorando allo sviluppo dell’Internet quantistico, una rete di connessioni che permetterà di costruire dispositivi capaci di risolvere problemi di fisica complessi mediante il calcolo distribuito. Fino all’anno scorso non era stato possibile connettere i diversi nodi dei processori quantistici per una distanza superiore a 1,3 km, ma nel 2020 un team di scienziati della Cina è riuscito nell’impresa di mettere in relazione due computer quantistici distanti tra loro 22 km utilizzando una interferenza a due fotoni.
Ciò ha aperto le porte all’Informatica quantistica e alle meravigliose opportunità che risiedono nella vastità di una rete capace – come già succede col Web – di superare le enormi distanze oceaniche.
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Per approfondire le tematiche di base sulla struttura della materia, segui il MOOC Structure of Matter del prof. Luca Salasnich. Il corso, tenuto in lingua inglese, indaga la meccanica quantistica e la teoria quantistica dei campi – analizzando i campi elettromagnetici, gli atomi e le teorie di Schrödinger e Hubbard su fermioni e bosoni – senza tralasciare lo studio pratico dei modelli esaminati.
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