Intervista al Prof. Massimo Inguscio

INTERVISTA AL PROFESSORE MASSIMO INGUSCIO, DEL LABORATORIO DI SPETTROSCOPIA NON LINEARE 

DELL’UNIVERSITA’ DI FIRENZE, DELL '11 FEBBRAIO 2010

(Servizio di Mario R. Zampella)

MARIO R. ZAMPELLA: Da questo articolo di Gasparetti dal Corriere della Sera del giugno 2008, ho preso spunto per scriverne uno anch’io, che volevo sottoporre al suo giudizio , rispetto alle conclusioni che tiro.

L’articolo cita l’esperimento della conversione del potassio in una funzione d’onda, e’ esatto ?

PROFESSOR INGUSCIO: Certo, ma questo non e’ nulla di misterioso. Ho messo un atomo, che come tutte le particelle di massa, secondo la teoria di De Broglie, sono associate ad una funzione, un’onda, la cui lunghezza e’ data dalla formula di De Broglie, LAMBDA =h(costante di Plank) / m(massa) v(velocita’).

Se la massa e’ grande, come nel caso degli atomi, questa lunghezza d’onda associata e’ bassissima, perche’ la massa sta al denominatore, ….. anche questa tazza c’ha associata ……

MARIO R. ZAMPELLA: … non potra’ mai collassare in funzione d’onda ……..

PROFESSOR INGUSCIO: …..e’ certo, ce l’ha ma non c’e’. Se io pero’ riduco fortemente la velocita’ di un atomo, perche’ lo raffreddo, allora il denominatore, anche se ha la massa di un atomo, che e’ grossa milioni di volte rispetto a quella di un elettrone, diminuisce. Come faccio a ridurre molto la velocita’ ? 

MARIO R. ZAMPELLA: Allo zero assoluto.

PROFESSOR INGUSCIO: Arrivando a pochi miliardesimi di grado dallo zero assoluto. Il denominatore inizia a diventare molto piccolo perche’, seppure con una massa grande, la velocita’ e’ molto piccola e quindi l’atomo inizia a comportarsi come un’onda e se io ho una particella qui, una li, un’altra ancora li, che mutano in un onda ed a un certo punto quest’onda si allarga in modo che non so piu’ se ‘ quella della particella di destra o di sinistra, perche’e’ molto allargata, allora si ha quella che si chiama una degenerazione, cioe’ un condensato di Bose – Einstein ovvero un tutt’uno. Ma questo non ha nulla a che vedere con le cose che stava dicendo prima ( in riferimento ad un quesito formulato dall’intervistatore in data 18/02/2009 afferente l’effetto quantistico E. Hall – vedi Facebook – “note”)

MARIO R. ZAMPELLA: Mi potrebbe dire perche’ ha scelto il potassio, in particolare, e non qualsiasi altro elemento ?

PROFESSOR INGUSCIO : Ah no, quello come qualsiasi altro; a noi il potassio interessa perche’ ha vari isotopi 

Sono tre in particolare, due sono bosoni, ed uno e’ fermione, ha uno spin totale semintero, quando noi inventammo la conversione del potassio in funzione d’onda, era proprio per portare a freddo i fermioni. Un’atomo vale l’altro, col rubidio e’ ancora piu’ facile, e’ quello che abbiamo usato per primo.

MARIO R. ZAMPELLA: Da una ricerca di Daniel Kirchman, che ha elaborato una teoria in cui divide le particelle in sole due categorie, Tardyons e Luxons, differenziate solo dalla propria velocita’, emerge che allo SLAC (Stanford Linear Accelerator of California) hanno creato materia dall’energia; e’ possibile quindi realizzare l’inverso, cioe’ da una funzione d’onda ricreare il potassio ?

PROFESSOR INGUSCIO: Ma la funzione d’onda e’ materia, e’ sempre un’onda di materia, non e’ energia; e’ la materia che si comporta come un’onda, ma e’ sempre materia. Sono onde con massa, materiali, non sono onde di energia, capito ?

MARIO R. ZAMPELLA: Capito.

PROFESSOR INGUSCIO: Qui non c’e’ nessuna trasformazione di energia in materia e materia in energia.

L’energia e’ tutto un altro problema.

MARIO R. ZAMPELLA: E’ azzardata l’ipotesi che l’esperimento che siete riusciti a condurre e concludere aprirebbe le porte, come scrive anche Gasparetti, ai computer quantistici?

PROFESSOR INGUSCIO: Quello e’ un altro problema.

MARIO R. ZAMPELLA: Trattare pacchetti di particelle , anziche’ in modo binario, con la sovrapposizione di zero e uno, il che permetterebbe una velocita’ d’elaborazione molto superiore. Sarebbe ipotizzabile trattare la materia, e quindi anche un corpo umano, riuscendo ad incamerarlo, a scomporlo in particelle; e’ molto lontana da venire questa ipotesi ?

PROFESSOR INGUSCIO: Certo, perche’ io so come si comporta il singolo atomo, ma quando metto insieme milioni o miliardi o milioni di miliardi di atomi, che compongono un corpo umano, un cervello o roba del genere, cambia tutto. C’e’ un’affermazione fondamentale di Anderson “More is different”, cioe’ quando metti insieme piu’ cose, succede proprio qualcosa di diverso. Era una critica alla fisica delle alte energie, delle particelle. Si spacca l’atomo, si spacca il nucleo, si arriva ai mattoncini dell’atomo e si pensa che capendo il piccolo si possa capire anche il grande, invece no. Il titolo era fondamentale “More is different”.

Quando metti piu’ cose insieme il risultato e’ una cosa che e’ diversa, fenomeni collettivi, fenomeni di interazione etc. etc..

MARIO R. ZAMPELLA: Insomma e’ un fenomeno complesso che va studiato a fondo.

PROFESSOR INGUSCIO: E’ la fisica dei sistemi complessi. Noi adesso con questi atomi che appunto mettiamo in dei potenziali periodici, quindi uno qui, uno li’, un altro li’ , possono essere le basi di un possibile ipotetico calcolatore quantistico, perche’ ognuno di questi atomi puo’ stare in uno stato su o in uno stato giu’, pero’ siccome e’ quantistico sara’ anche in sovrapposizione. Questo si fa con uno, due, con tre atomi, ma se si vuole immaginare ……..

MARIO R. ZAMPELLA: ….una grande quantita’ ….

PROFESSOR INGUSCIO: e’ difficile capire come si agganciano tra di loro.

MARIO R. ZAMPELLA: Da quanto ho capito il computer quantistico sarebbe in grado di gestire questa situazione complessa, perche’ ha una velocita’ notevolissima.

PROFESSOR INGUSCIO: Cio’ che abbiamo realizzato e’ un risultato importante, pero’ cio’ che si e’ davvero fatto, piu’ che un computer quantistico, e’ un simulatore quantistico. E’ una vecchia idea di Feynman, che disse in un articolo famoso “sara’ ben difficile che si possa costruire un calcolatore potente, tanto potente da poter capire cosa succede ad esempio su una stella di neutroni, diagrammi, quark che si accoppiano etc.

Le cose sono talmente infinitamente grandi che non ci sara’ un calcolatore cosi’ potente per farlo”. Allora Feynman fece una famosa proposta. Disse sarebbe la situazione ideale se noi potessimo invece avere in laboratorio un simulatore quantistico. Ed e’ quello che noi stiamo facendo e si sono avuti dei risultati su dei sistemi che sono descritti da un hamiltoniana, che e’ un equazione a volte difficile, quindi stiamo realizzando in un laboratorio ad hoc questi oggetti, atomi messi in una situazione periodica etc. etc. e poi stiamo a guardare quello che succede. Invece di fare i conti su un sistema fisico, realizziamo questo sistema fisico ideale e quindi simuliamo una situazione quantistica, questo e’ il nocciolo.

MARIO R. ZAMPELLA: Cosa pensa del teletrasporto ?

PROFESSOR INGUSCIO: Quella e’ un’altra situazione ancora.

MARIO R. ZAMPELLA: Potrebbe avere attinenza con quanto state facendo ?

PROFESSOR INGUSCIO: Il teletrasporto nasce da alcuni esperimenti che abbiamo anche noi qui in laboratorio, li fa uno dei miei discepoli, che si chiama Bellini. Il gioco e’ questo, creo sostanzialmente delle coppie gemelle di fotoni, da un unico oggetto diciamo partorisco due fotoni. Per esempio, da un fotone blu ne ottengo due rossi , che poi viaggiano uno a destra ed uno a sinistra. Allora, se io questi fotoni li metto in una strana sovrapposizione di stati, lo stato gemello nascente poi evolve sia a destra che a sinistra. Praticamente, se opero su quello che e’ andato a destra , non sto operando su una cosa singola, ma sto operando su un pezzo che e’ un’unica mega funzione d’onda.

MARIO R. ZAMPELLA: Questo e’ il cosiddetto fenomeno EPR.

PROFESSOR INGUSCIO: Operando su un oggetto che e’ andato a destra anche di due metri, automaticamente provoco un mutamento che e’ distante due metri dall’altra parte e quindi e’ come se io teletrasportassi, cioe’ invio un informazione da una parte all’altra. Questo tipo di esperimento con i fotoni e’ vero. Per poterlo fare con particelle dotate di massa, stiamo cercando di “entanglare” la materia, cioe’ gli atomi, ma, insomma, sono cose futuribili, anche se questa e’ la base.

MARIO R. ZAMPELLA: Secondo Stuart Hameroff, i microtubuli delle cellule neuronali avrebbero dei cunicoli con natura quantistica.

PROFESSOR INGUSCIO: Ma sa, queste sono tutte congetture, ma la fisica, la scienza e’ fatta di esperimenti, no ?

MARIO R. ZAMPELLA: La domanda era questa. Lei pensa che la criptofasia gemellare, quella facolta’

particolare che i gemelli avrebbero nel sentirsi l’uno con l’altro, possa avere una connessione con il fenomeno EPR , cioe’ con l’interazione esistente fra due particelle che discendono da un'unica 

madre ?

PROFESSOR INGUSCIO: Queste non sono cose di fisica.

MARIO R. ZAMPELLA: Pero’ riconducono in qualche modo li’.

PROFESSOR INGUSCIO: Diciamo che li’ sono altri misteri, non lo so ….. chissa’ ……Postulano che il cervello umano funzioni come un cervello quantistico. Fantasie, cose immaginifiche.

MARIO R. ZAMPELLA: Roger Penrose sostiene che e’ impossibile copiare uno stato quantistico, se non se ne distrugge almeno l’originale. Cosa pensa a riguardo ?

PROFESSOR INGUSCIO: E’ vero. Se copio uno stato quantistico, avra’ una fase diversa dall’originale, perche’ lo stato evolve nel tempo, quindi il secondo non potra’ essere una copia fedele del primo. Uno stato quantistico e’ cio’ che si definisce anche autostato, ha sempre la stessa energia ma la fase evolve. Uno stato copiato avra’ una fase che ripartira’ da zero. Poi c’e’ il problema che ogni misurazione e’ distruttiva. Al momento in cui viene operata lo stato si annichila, si annienta, questo e’ un problema noto.

MARIO R. ZAMPELLA: A proposito di annichilamento, Anthony Seratites, affermava l’esistenza in parti uguali di materia ed antimateria. Dov’e’ l’antimateria ?

PROFESSOR INGUSCIO: Anche questo e’ vero. C’e’ un po’ un mistero . In effetti tutto il sistema che noi costruiamo con l’equazione di Dirac, che e’ l’equazione che mette la relativita’ nell’equazione di Schroedinger, quella che descrive il comportamento di un elettrone in un campo. Da quest’equazione, scaturivano un paio di cose: primo, la necessita’ dell’esistenza di uno “spin”. Lo “spin” e’ una necessita’ teorica e questo era il primo segno importante che l’equazione fosse giusta. Secondo, la previsione che esistessero due mondi separati, peraltro di “mC2 “, e cioe’ che insieme al protone di una certa carica e di una certa massa, ci fosse anche l’antiprotone. Il problema e’ questo , uno dei misteri che abbiamo e’ che l’equazione di Dirac e’ totalmente simmetrica e quindi esiste tanta materia quanta antimateria.Del perche’ il mondo in cui viviamo e’ fatto di materia e non di antimateria, dimostrerebbe che ci sia stata una rottura di simmetria.

MARIO R. ZAMPELLA: Parlando ancora di antimateria, il matematico Durell, affermo’ in un saggio sulla relativita’ di Einstein, che se vivessimo in un mondo che e’ lo specchio di un altro, non potremo mai averne la prova. Una oggetiva limitazione come l’indeterminazione di Heisemberg ?

PROFESSOR INGUSCIO: Il problema e’ che noi abbiamo un sistema interno nostro e quindi se davvero esiste un altro sistema col quale pero’ non possiamo entrare in contatto , non potremo mai verificarlo. Per convenzione hanno deciso che noi siamo positivi, ma potrbbe essere il contrario; fino a quando non abbiamo l’altro con cui confrontarci, restiamo nel nostro sistema interno.

MARIO R. ZAMPELLA: Lei ha ricevuto un “Grant” dall’European Research, per quale risultato ?

PROFESSOR INGUSCIO: Per simulazioni quantistiche relative al disordine. Simuliamo il disordine che e’ presente in tutta la natura. Vogliamo mettere il disordine sugli atomi che mettiamo nei reticoli.

MARIO R. ZAMPELLA: Bene Professore, la ringrazio molto e arrivederci al prossimo incontro.

PROFESSOR INGUSCIO: Grazie proprio, arrivederla.