Decoerenza quantistica, l’esperimento non trova la radiazione prevista

Un esperimento condotto in un laboratorio sotterraneo italiano non ha rilevato la debole radiazione che, secondo una teoria, dovrebbe essere prodotta dalle fluttuazioni dello spaziotempo. Il risultato mette in discussione una specifica spiegazione, proposta decenni fa, del passaggio dal comportamento quantistico delle particelle alle leggi classiche che osserviamo nella vita quotidiana. Non esclude, però, che la gravità possa contribuire alla decoerenza quantistica.

Il ruolo della decoerenza quantistica

La decoerenza aiuta a spiegare perché particelle e atomi possano trovarsi in sovrapposizioni di stati diversi, mentre gli oggetti macroscopici non mostrano comportamenti analoghi. «Una delle domande più profonde della fisica moderna è perché lo strano comportamento quantistico che governa atomi e particelle elementari sembri scomparire nel mondo macroscopico che sperimentiamo ogni giorno», afferma Catalina Curceanu, direttrice della ricerca e portavoce della collaborazione VIP presso i Laboratori Nazionali di Frascati dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN-LNF).

La teoria di Károlyházy

Negli anni Sessanta il fisico ungherese Frigyes Károlyházy ipotizzò che lo spaziotempo fosse attraversato da fluttuazioni costanti, seppure minuscole. Secondo il suo modello, queste perturbazioni distruggerebbero gradualmente le sovrapposizioni quantistiche, impedendo agli oggetti grandi di manifestare effetti come quello descritto dal celebre esperimento mentale di Schrödinger, nel quale un gatto è contemporaneamente vivo e morto. L’ipotesi collega la meccanica quantistica alla relatività generale di Einstein, che interpreta la gravità come curvatura dello spaziotempo.

L’idea di Károlyházy è stata recentemente riformulata da Angelo Bassi, ricercatore della FQxI, e dai suoi colleghi, così da renderne verificabili le previsioni. Le fluttuazioni ipotizzate non sono misurabili direttamente, ma dovrebbero accelerare in modo casuale le particelle cariche, inducendo l’emissione di una radiazione elettromagnetica estremamente debole. Cercare quel segnale, o constatarne l’assenza, consente quindi di mettere alla prova il modello.

L’esperimento nei Laboratori del Gran Sasso

La ricerca, finanziata dal Foundational Questions Institute (FQxI), si è svolta nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN (INFN-LNGS), il più grande laboratorio sotterraneo al mondo dedicato alla fisica fondamentale. La struttura si trova sotto 1,4 chilometri di roccia, che la protegge da gran parte della radiazione cosmica, potenziale fonte di disturbo per misure così delicate. «La schermatura naturale offerta dalla roccia crea uno degli ambienti più silenziosi della Terra per rilevare fenomeni fisici estremamente rari», spiega Curceanu.

Per l’esperimento è stato impiegato un cristallo di germanio ad alta purezza, grande all’incirca quanto una tazza da caffè e protetto da strati di rame e piombo. Dopo 62 giorni di misurazioni, i ricercatori hanno sottratto dai dati la radiazione di fondo prevista e hanno cercato il segnale atteso dal modello di Károlyházy. Non ne hanno trovato traccia. Lo studio è stato pubblicato sul New Journal of Physics.

Che cosa dimostrano i risultati

«L’assenza di un segnale è di per sé un importante risultato scientifico», afferma Curceanu. Le misurazioni escludono la versione del modello sottoposta a verifica e pongono nuovi limiti alle spiegazioni che attribuiscono la decoerenza quantistica alle fluttuazioni dello spaziotempo. Non dimostrano, tuttavia, che la gravità non abbia alcun ruolo: altri meccanismi gravitazionali restano possibili e il rapporto complessivo tra meccanica quantistica e relatività generale non è ancora chiarito.

«Escludendo uno dei modelli più antichi e naturali di decoerenza indotta dalla gravità, questo lavoro restringe il campo di ricerca della teoria che descrive l’interazione tra gravità e meccanica quantistica, avvicinandoci di un passo alla comprensione di uno dei misteri più profondi della fisica fondamentale», aggiunge Curceanu.

La ricerca di una lunghezza minima

L’ipotesi di Károlyházy parte dall’idea che esista un limite fondamentale alla precisione con cui si possono misurare distanze e posizioni. Concetti simili ricorrono nei tentativi moderni di conciliare gravità e meccanica quantistica, come la teoria delle stringhe e la gravità quantistica a loop: a scale estremamente piccole, lo spaziotempo potrebbe non essere misurabile con precisione perfetta. Un altro esempio di ricerca sulle stringhe quantistiche è offerto dagli esperimenti con atomi ultrafreddi.

«Ogni approccio alla gravità quantistica finisce per prevedere l’esistenza di una lunghezza minima, legata all’incertezza nella misurazione dello spaziotempo», afferma Kristian Piscicchia, fisico quantistico del Centro Ricerche Enrico Fermi/INFN/VIP e responsabile sperimentale dello studio. Le nuove misurazioni non stabiliscono se una lunghezza minima esista, ma limitano una delle conseguenze fisiche proposte dell’incertezza dello spaziotempo.

«Gli esperimenti di precisione stanno raggiungendo un livello di sensibilità che consente di verificare idee che, fino a poco tempo fa, appartenevano quasi esclusivamente al campo delle speculazioni teoriche», conclude Curceanu. «Con il miglioramento della sensibilità, il confine tra teoria e misurazione continua a spostarsi, aprendo nuove possibilità per scoprire i principi fondamentali che governano il nostro universo».

Dettagli dello studio

Lo studio, intitolato «Experimental exclusion of a generalized Károlyházy gravity-induced decoherence model», è stato firmato da Nicola Bortolotti, Kristian Piscicchia, Alessio Porcelli, Matthias Laubenstein, Simone Manti, Antonino Marcianò, Federico Nola e Catalina Curceanu. È stato pubblicato il 19 giugno 2026 sul New Journal of Physics. DOI: 10.1088/1367-2630/ae774c. La ricerca ha ricevuto il sostegno del Foundational Questions Institute nell’ambito del programma Consciousness in the Physical World. Google Google News.

Fonte: scitechdaily.com