Oggi è la Giornata mondiale della fisica quantistica

È solo da tre anni che si celebra il World Quantum Day, la giornata mondiale della fisica quantistica, e quindi non c’è da preoccuparsi se suona come una novità. Nel 2025, però, è importante festeggiare, perché si celebrano i cento anni della più minuziosa descrizione della realtà.

Il centenario è dettato dall’Assemblea generale delle Nazioni Unite che, sotto indicazione dell’UNESCO, ha nominato il 2025 Anno internazionale delle scienze e delle tecnologie quantistiche e richiama il periodo leggendario in cui gli scienziati hanno messo a fuoco la descrizione dell’infinitamente piccolo che oggi conosciamo come “teoria quantistica”. La celebrazione non deve far pensare a un capitolo chiuso, perché ancora oggi la ricerca non si ferma e tra i suoi mille interrogativi continua a regalarci incredibili sorprese.

Inoltre, oggi l’UNESCO ci ricorda che la nuova sfida è quella di coinvolgere i Paesi in via di sviluppo negli sforzi accademici e industriali, di appiattire la diversità di genere nelle discipline scientifiche e di diffondere le tecnologie quantistiche emergenti in modo equo. 

Il World Quantum Day è stato posto al 14 aprile (all’americana 4.14) con un vasto consenso internazionale di scienziati e scienziate per ricalcare l’iconica costante di Planck del valore di 4,14 x 10^-15 eV s che, per chi sentisse i capogiri di fronte alla matematica, si legge “quattro virgola quattordici per dieci alla meno quindici elettronVolt per secondo”. Senza avventurarci nella comprensione del suo significato preciso, basti sapere che il valore espresso dal fisico tedesco Max Planck si ritrova in moltissime formule per atomi e particelle con il suo simbolo h, che le accompagna fin dai primissimi giorni. 

Infatti, prima ancora che la meccanica quantistica, con le sue stranezze paradossali e controintuitive, lasciasse sbalordito l’intero pianeta negli anni Venti e Trenta, era stato Max Planck nel 1900 a teorizzare l’esistenza di piccole unità di luce chiamate appunto “quanti”. Max Planck riteneva l’idea una semplice congettura matematica e non credeva che la luce, su piccola scala, fosse davvero costituita dalle particelle oggi conosciute come fotoni. 

L’idea venne ripresa da nientemeno che Albert Einstein nel 1905 per descrivere il cosiddetto “effetto fotoelettrico”, rilanciando l’interesse della comunità scientifica. Sebbene il nome di questo fenomeno non sia particolarmente noto ai più, si tratta del concetto di interazione tra luce e materia alla base delle fotocamere attuali, quelle degli smartphone incluse. 

Ispirati dai primi successi della nuova “fisica dei quanti”, molti scienziati, soprattutto europei, esplorarono questo nuovo mondo attraverso sofisticati esperimenti e audaci teorie. Nel 1925, un gruppo di ricercatori composto dai tedeschi Werner Heisenberg, Max Born e Pascual Jordan mise a fuoco importanti strumenti matematici atti a descrivere il comportamento dell’universo a scale molto piccole, coniando nel frattempo il temine “meccanica quantistica”. Lo sviluppo della teoria proseguì oltre questo momento grazie ai contributi negli anni immediatamente successivi di, ad esempio, Wolfgang Pauli, Paul Dirac e Erwig Schrödinger, ma la svolta del 1925 è riconosciuta oggi, simbolicamente, come la nascita della fisica quantistica. 

La descrizione del mondo che è nata da questo sforzo collettivo ultradecennale è tanto precisa quanto controintuitiva, perché si discosta fortemente da quello che viviamo nella nostra quotidianità. Nonostante questo, non si è dovuto aspettare molto prima che la fisica quantistica mostrasse il proprio peso nella società attraverso le bombe nucleari sganciate dagli americani su Hiroshima e Nagasaki. 

Rapidamente, è diventata sempre più presente nelle industrie, a partire da quelle chimiche e, col tempo, quelle di semiconduttori, impiegati per i processori dei computer. Larga parte della tecnologia chimica, farmaceutica ed elettronica cui siamo abituati non sarebbe stata possibile senza la cosiddetta “prima rivoluzione quantistica”, che ha permesso anche lo sviluppo di radioterapie, risonanze magnetiche e laser. 

Negli ultimi decenni, i nuovi progressi nella manipolazione degli atomi promettono di portarci verso la “seconda rivoluzione quantistica”, dove le proprietà delle particelle sono sfruttate direttamente al fine di superare le prestazioni dei sistemi attuali. Il primo esempio è sicuramente quello dei computer quantistici, in grado, se il loro sviluppo sarà completato, di migliorare notevolmente la scoperta di nuovi farmaci, l’intelligenza artificiale e la computazione scientifica, ma anche – o forse soprattutto – capaci di smantellare i sistemi di sicurezza informatici attuali.

All’opposto, la meccanica quantistica offre anche metodi per la trasmissione sicura dei dati. Queste soluzioni sono disponibili già oggi attraverso aziende come la ginevrina ID Quantique, la cui tecnologia viene impiegata dal cantone francofono per trasmettere i risultati delle votazioni. Grande speranza è inoltre risposta nel vasto mondo dei sensori quantistici, che promettono applicazioni in ogni settore, dalla medicina agli orologi atomici e ai sistemi di posizionamento.