Violata la diseguaglianza di Bell; la fine del realismo locale

Un recente esperimento ha definitivamente violato le disuguaglianze di Bell e quindi anche il realismo locale, uno dei principi fondamentali della fisica, più volte messo in discussione dalle leggi della meccanica quantistica negli ultimi decenni, a favore delle tesi della meccanica quantistica.

L’entanglement quantistico, uno dei più affascinanti segreti della fisica sta assumendo sempre maggiore importanza nella fisica e nel calcolo quantistico; l’entanglement predice che avendo due particelle che siano state poste in stato entangled appunto, in un certo senso “intrinsecamente collegate”, se si effettua una misurazione sulla prima particella, questo influenza istantaneamente lo stato della seconda, a prescindere dalla distanza a cui si trovano l’una rispetto all’altra, anche fossero a distaze enormi o persino ai due capi dell’universo.

Einstein già negli anni ’30 del secolo scorso, la chiamava “sinistra azione a distanza” per suggerire che la meccanica quantistica che descriveva questo strano comportamento, doveva essere incompleta, ipotizzando che dovevano esservi delle variabili nascoste che avrebbero potuto spiegare questo fenomeno in un modo deterministico.

Col noto paradosso Einstein-Podolsky-Rosen (paradosso EPR) presumendo valido il realismo locale, ossia le nozioni intuitive che i parametri delle particelle abbiano valori definiti indipendentemente dall’atto di osservazione e che gli effetti fisici abbiano una velocità di propagazione finita, Einstein evidenziò il carattere non locale della meccanica quantistica giungendo alla conclusione che la meccanica quantistica stessa dovette essere una teoria incompleta, in quanto tutto questo, se fosse vero,  sarebbe incompatibile con la realtà fisica, richiedendo una comunicazione ad una velocità superiore a quella della luce.

Già in passato le disuguaglianze di Bell sono state violate più volte, ma non in modo assolutamente rigoroso. Era però sempre rimasta aperta una scappatoia, cioè è sempre rimasta una probabilità residua di spiegare il risultato dell’esperimento in modo da non violare le disuguaglianze di Bell. Ora, in un recente esperimento, alcuni ricercatori della Hong Kong University of Science and Technology hanno implementato un test per verificare la diseguaglianza di Bell. Se questo fosse vero, confermerebbe la caratteristica non-locale della meccanica quantistica.

Riducendo di molto la velocità della luce in laboratorio, questi ricercatori hanno correlato in frequenza due fotoni lungo un doppio percorso, dove la differenza di fase tra i due diversi percorsi poteva essere controllata indipendentemente in maniera non-locale.

Nell’esperimento, gli scienziati hanno registrato ben 245 eventi di teletrasporto dello stato di spin degli elettroni, raggiungendo così una statistica molto solida, escludendo l’esistenza di scappatoie di comunicazione o di rivelazione, ed escludendo di fatto la possibilità che potesse ancora valere il realismo locale, ovvero la combinazione del principio di località con l’assunto realistico che tutti gli oggetti debbano oggettivamente possedere dei valori preesistenti per ogni possibile misurazione già prima che queste misurazioni vengano effettuate. Ora queste nuove conferme della meccanica quantistica fanno invece capire lo stato non deterministico della meccanica quantistica.

Articolo originale: Xianxin Guo et al, Testing the Bell inequality on frequency-bin entangled photon pairs using time-resolved detection, Optica (2017).