- Le particelle identiche sono davvero connesse senza contatto?
- Che impatto ha sulla fisica e sulla tecnologia quantistica?
- Quali esperimenti lo possono verificare?
Una rete invisibile collega tutte le particelle identiche dell’universo, secondo la meccanica quantistica
Un fotone in un laboratorio di Cracovia e un altro disperso in una galassia lontana potrebbero essere collegati da un legame che sfida la logica. Non si tratta di un raggio laser o di una collisione, ma semplicemente del fatto che sono identici.
Un nuovo studio pubblicato su npj Quantum Information rivela una sorprendente forma di non località quantistica basata esclusivamente sull’identità delle particelle. Una scoperta che potrebbe rivoluzionare il modo in cui comprendiamo l’universo.
Un risultato che mette in discussione Einstein
Per decenni, l’entanglement quantistico — quella connessione istantanea tra particelle anche a distanza — ha rappresentato un mistero persino per Albert Einstein, che lo definì “azione spettrale a distanza”.
Finora si riteneva che l’entanglement potesse emergere solo da una interazione diretta o da un origine comune. Tuttavia, un gruppo di fisici dell’Accademia Polacca delle Scienze ha dimostrato che la non località può nascere anche senza alcun contatto, solo perché le particelle sono identiche.
Secondo i ricercatori, tutte le particelle dello stesso tipo potrebbero appartenere a una rete invisibile di correlazioni quantistiche che attraversa il cosmo.
Una connessione senza contatto
Nella fisica classica, due oggetti che non si sono mai toccati non possono influenzarsi a vicenda.
Nel mondo quantistico, invece, la storia cambia completamente. Gli studiosi polacchi hanno mostrato — e proposto esperimenti per confermarlo — che la sola indistinguibilità delle particelle può produrre correlazioni non locali misurabili.
In altre parole, la natura non distingue tra un fotone e un altro. Se due particelle sono identiche, l’universo le tratta come un unico sistema collettivo, e quella simmetria è sufficiente per generare comportamenti non locali.
La chiave è nei “modi” quantistici
Lo studio distingue due categorie di stati quantistici:
- Monomodo, quando tutte le particelle condividono lo stesso “cammino” o modo quantico;
- Multimodo, quando le particelle occupano modi diversi.
Solo nel secondo caso può emergere la non località.
Per i fermioni (come gli elettroni), ciò avviene sempre, poiché il principio di esclusione di Pauli impedisce loro di condividere lo stesso stato.
Per alcuni bosoni (come i fotoni), invece, la località è possibile se si trovano in un unico modo, anche se rappresentano un’eccezione.
Il test Yurke-Stoler: una prova sperimentale concreta
L’ipotesi non è puramente teorica. Gli scienziati propongono esperimenti realizzabili con strumenti ottici convenzionali — specchi, divisori di fascio e rivelatori.
Il test di Yurke-Stoler consentirebbe di verificare queste correlazioni anche se le particelle non si incontrano mai fisicamente.
In tale configurazione, ogni particella segue un percorso separato, ma i risultati violano le disuguaglianze di Bell, il criterio classico che segnala la presenza di entanglement quantistico.
Gli autori dimostrano che per ogni stato non monomodo esiste un esperimento capace di rivelarne la natura non locale.
L’indistinguibilità come tessuto del cosmo
Il concetto alla base di questa ricerca è tanto semplice quanto rivoluzionario: non possiamo etichettare le particelle quantistiche identiche.
Questa indistinguibilità genera una simmetria fondamentale che, da sola, è in grado di produrre correlazioni.
Non si tratta di “collegare” due particelle, ma di riconoscere che appartengono a una identità collettiva condivisa.
Se questa interpretazione è corretta, l’intero universo sarebbe attraversato da una rete invisibile di connessioni, dove ogni elettrone, fotone o atomo di idrogeno è, in un certo senso, legato a tutti gli altri della stessa specie.
Implicazioni pratiche e filosofiche
Oltre al valore teorico, la scoperta ha potenziali applicazioni rilevanti:
- semplifica la progettazione delle tecnologie quantistiche, mostrando che la non località può essere sfruttata senza creare entanglement artificiale;
- offre un nuovo criterio per classificare gli stati quantici e comprenderne la struttura interna;
- apre la strada a nuovi metodi di comunicazione e simulazione quantistica, basati soltanto sull’identità delle particelle.
Un’intuizione che ridefinisce la fisica moderna
Gli autori riassumono il loro risultato con una frase chiave:
“Le particelle identiche sono una risorsa non locale genuina se, e solo se, non provengono da un unico modo.”
Un’affermazione che ridefinisce la nostra comprensione di entanglement, informazione quantistica e forse della stessa struttura dell’universo.
La fisica suggerisce oggi che tutte le particelle identiche siano collegate non da un legame energetico o materiale, ma dalla simmetria essenziale che le rende indistinguibili.