Per decenni la meccanica quantistica è stata il regno dell’infinitamente piccolo: elettroni, fotoni, atomi. Oggi, però, i confini si stanno spostando.
Un esperimento pubblicato su Nature ha dimostrato che anche oggetti composti da migliaia di atomi possono comportarsi come onde, aprendo nuove prospettive per la fisica fondamentale, la metrologia e lo sviluppo di sensori di nuova generazione.

Il risultato arriva da un team europeo che è riuscito a osservare interferenza quantistica in nanoparticelle metalliche di sodio composte da oltre 7.000 atomi, con dimensioni intorno agli 8 nanometri, paragonabili a quelle di una piccola proteina.
In condizioni estremamente controllate, queste particelle hanno mostrato un comportamento tipicamente ondulatorio, interferendo con se stesse esattamente come farebbe un’onda luminosa.

Dal paradosso del gatto alla fisica reale

Il riferimento inevitabile è il celebre paradosso del “gatto di Schrödinger”, simbolo della sovrapposizione quantistica.
In questo caso, però, non si tratta di un oggetto macroscopico nel senso comune del termine.

La sovrapposizione riguarda il moto del centro di massa della nanoparticella, che viene preparato in uno stato in cui può seguire percorsi alternativi contemporaneamente, generando poi frange di interferenza misurabili.

Questo risultato non è soltanto un record sperimentale. È soprattutto un passo avanti nella comprensione di una domanda che la fisica si pone da decenni:
esiste davvero un limite tra mondo quantistico e mondo classico, oppure il comportamento classico emerge semplicemente perché gli oggetti interagiscono continuamente con l’ambiente?

Come funziona l’esperimento

Per ottenere questo risultato, i ricercatori hanno utilizzato un interferometro a onde di materia basato su reticoli di luce ultravioletta.

A differenza degli esperimenti classici con fessure meccaniche, qui le “griglie” sono create da onde stazionarie di luce:

  • dove l’intensità luminosa è alta, le particelle vengono ionizzate e rimosse dal fascio
  • dove è minima, possono passare

In questo modo si controllano con estrema precisione sia il percorso sia la fase dell’onda associata alla particella.

Un aspetto cruciale è che l’esperimento non si limita a osservare frange di interferenza.
Gli scienziati hanno confrontato quantitativamente le previsioni della meccanica quantistica con modelli classici alternativi, dimostrando che il comportamento osservato segue chiaramente la descrizione quantistica.

Quanto è “grande” la quantistica

Il risultato viene quantificato attraverso un parametro chiamato macroscopicità, che misura quanto un esperimento sia efficace nel testare eventuali limiti della meccanica quantistica.

Il valore ottenuto rappresenta un salto significativo rispetto agli esperimenti precedenti, rendendo sempre più difficile sostenere teorie che prevedono un collasso spontaneo della sovrapposizione oltre certe dimensioni.

Applicazioni concrete: sensori e nanotecnologie

Le implicazioni pratiche sono tutt’altro che marginali.

Quando una particella viaggia come un’onda delocalizzata, anche forze estremamente piccole possono alterare il pattern di interferenza.
Questo rende queste tecniche potenzialmente utili per costruire:

  • sensori ultra sensibili
  • strumenti per rilevare campi elettrici e magnetici debolissimi
  • sistemi di misura su scala nanometrica

Parallelamente, questi esperimenti aprono nuove possibilità nella metrologia dei nanomateriali.
Studiare la risposta elettromagnetica di nanoparticelle in condizioni controllate permette di misurare proprietà come polarizzabilità e suscettibilità con precisione elevatissima.

Perché è importante per la fisica fondamentale

Il valore più profondo di questo tipo di ricerca sta nel suo ruolo come banco prova per la fisica fondamentale.

Spingere sempre più avanti la frontiera della coerenza quantistica significa testare con maggiore precisione ipotesi alternative alla teoria standard, incluse quelle che cercano di spiegare la transizione tra mondo quantistico e mondo macroscopico.

Il contributo reale di questi studi è fornire strumenti sperimentali sempre più raffinati per distinguere fenomeni fisici reali da effetti dovuti al rumore o a condizioni sperimentali non controllate.

In questo senso, l’interferometria con nanoparticelle rappresenta una sorta di microscopio concettuale per la fisica di frontiera: non fornisce risposte definitive, ma permette di porre domande sempre più precise.

Uno sguardo sul futuro

Il messaggio finale è semplice ma potente.
La meccanica quantistica continua a descrivere correttamente oggetti sempre più complessi, a patto di riuscire a isolarli e controllarli con sufficiente precisione.

E proprio questo sforzo tecnologico e sperimentale produce strumenti nuovi, che a loro volta aprono nuove strade nella scienza e nell’ingegneria.

In altre parole, non stiamo soltanto osservando un record sperimentale.
Stiamo assistendo all’espansione graduale del territorio in cui la natura rivela il suo lato più profondo e meno intuitivo.

Credit immagine:
Immagine generata digitalmente a scopo illustrativo.

Fonte scientifica:
Pedalino S., Ramírez-Galindo B.E., Ferstl R., Hornberger K., Arndt M., Gerlich S.
Probing quantum mechanics with nanoparticle matter-wave interferometry.
Nature, Volume 649, pp. 866–870 (2026).

Redazione

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