Sono molto emozionato: ho appena vinto una borsa di studio per poter frequentare il master in scienze e tecnologiche quantistiche a Barcellona.

Oltre ad approfondire lo studio della fisica quantistica, getterò le basi per la mia carriera in un campo che, essendo in continua espansione, promette di dare forma alle tecnologie future.

Questo non è tutto: questa borsa di studio mi permetterà anche di conoscere una cultura ed un paese nuovi.

Sono un farmacista e nel mio lavoro è essenziale che le bilance per la preparazione dei farmaci siano precise. Per questa ragione, le faccio ricalibrare ogni anno. Quando l'ho fatto nel 2019, mi è stato detto che la definizione di chilogrammo stabilita dal Sistema Metrico Internazionale era cambiata. La definizione dell’unità di peso è ora basata su una costante universale, la costante di Planck, che gioca un ruolo fondamentale nella fisica quantistica.

Molte persone cercano di capire quale sia l’interpretazione della fisica quantistica più corretta e quale descriva meglio il mondo in cui viviamo. Ritengo che questo problema sia veramente irrilevante, dal momento che il successo della fisica quantistica sta nell’aver predetto molti fenomeni che sono stati poi comprovati in laboratorio. In conclusione, questa è l'unica maniera utile di avanzare e fare progressi!

Immagina una pallina in una ciotola. Potrà uscire dal contenitore solo se la spingiamo con energia sufficiente; in caso contrario, arriverà a una certa altezza e poi ricadrà sul fondo.

Su scala quantistica, le particelle possono superare determinate barriere anche se non hanno abbastanza energia. È come se un tunnel permettesse loro di attraversare tale barriera senza impiegare energia (effetto tunnel).

Applicazioni: microscopia elettronica (una sottile punta metallica viene posta vicino a una superficie e “strappa” elettroni grazie all’effetto tunnel).

Molte delle attuali  tecnologie sono basate su fenomeni che possono essere spiegati dalla fisica quantistica.​

Per esempio: i laser, i transistor, che sono alla base di moltissime apparecchiature elettroniche, la risonanza magnetica, le cellule fotovoltaiche, i LED, il GPS, eccetera.​

Tutte queste tecnologie, essenziali per la vita moderna, sono parte di quella che è nota come prima rivoluzione quantistica.​

All’ICFO si trova uno dei luoghi più freddi sulla faccia della Terra, ma nessuno può entrarci.

Lì la temperatura è più bassa che nello spazio profondo: si parla solo di piccole frazioni di grado (centinaia di nanokelvin) sopra lo zero assoluto.

Solamente alcuni laboratori al mondo possono riprodurre tali condizioni estreme in piccole camere a vuoto, dove riescono ad intrappolare modeste quantità di atomi (da qualche milione ad un solo atomo, in base all’esperimento).

Per essere in grado di studiare le interessanti proprietà dei quanti che si manifestano solo a temperature così basse, è essenziale che gli atomi stessi si trovino alle temperature più basse possibili e quindi rimangano i più fermi possibile.

Foto: Uno dei laboratori dell’ICFO dove gli atomi raggiungono temperature vicinissime allo zero assoluto.

Gli interferometri sono dispositivi che usano l‘interferenza per ottenere misurazioni molto precise.

Le proprietà quantistiche ci permettono di migliorare ulteriormente la precisione e misurare ciò che è troppo piccolo per la fisica classica.

Applicazioni: onde gravitazionali, microscopia a super risoluzione, fotolitografia (stampare materiali usando la luce), variazioni nel campo gravitazionale terrestre (utili per conoscere i livelli dei giacimenti petroliferi o delle falde acquifere).

Alcune predizioni di teorie scientifiche possono richiedere anni di ricerca e sperimentazione prima di essere confermate. Ad esempio, ci vollero più di 40 anni per passare dalla formulazione teorica dei laser alla loro fabbricazione. Passò più meno lo stesso tempo tra l’ipotesi dell’esistenza del bosone di Higgs e la sua rivelazione. ​

E se avessero gettato la spugna molti anni prima e queste scoperte non fossero mai avvenute? Fino a che punto vale la pena investire denaro ed energie per confermare una teoria quando ci sono questioni sociali che hanno bisogno di investimenti immediati?​

L’interpretazione della fisica quantistica è ancora fonte di discussione tra gli esperti del campo. L'interpretazione più comune e più antica (1925-1927) è quella di Copenhagen (che abbiamo usato nelle Info Card). Tuttavia ne esistono altre: l’interpretazione a molti mondi (1960 circa), per esempio, propone che, quando eseguiamo una misurazione, tutti i possibili risultati siano rilevati anche negli universi paralleli, ma noi ne osserviamo uno solo. Uno dei problemi delle interpretazioni è che è molto difficile verificarle sperimentalmente.

Le loro applicazioni in tutti i campi dell'attività umana cambieranno radicalmente le nostre vite, come hanno fatto tanto tempo fa l'elettricità e l'elettronica. Dobbiamo investire il più possibile nel loro sviluppo, affinché possano essere messi in commercio il prima possibile.

Non dobbiamo lasciarci ingannare da promesse illusorie. Abbiamo fatto molta strada con le tecnologie classiche e abbiamo ancora molta strada da fare: manteniamo l'attuale investimento nelle tecnologie quantistiche. Lasciamo che le persone esperte facciano il loro lavoro e continuino a fare ricerca, concentrandosi a mantenere e migliorare le tecnologie che già abbiamo.

La ricerca in fisica quantistica e le sue applicazioni sono positive, ma in questo momento abbiamo altri problemi molto più importanti e urgenti, come la fame, la povertà, le guerre e il terrorismo. Continuiamo a fare ricerche, ma investiamo i nostri soldi nella ricerca di soluzioni ai grandi problemi che la nostra società deve affrontare oggi.

Le tecnologie quantistiche sono molto promettenti, ma per poterle rendere efficaci è necessaria una solida comprensione dei loro fondamenti. Investire nella ricerca fondamentale è indispensabile: una migliore comprensione dei fondamenti della fisica quantistica porterà naturalmente allo sviluppo delle sue applicazioni.