Qual è l'effetto zeno quantistico?

Il effetto zeno quantistico è un fenomeno in fisica quantistica dove l'osservazione di una particella impedisce che si decomponga come farebbe in assenza dell'osservazione.

Il nome deriva dal classico paradosso logico (e scientifico) presentato dall'antico filosofo Zenone di Elea. In una delle formulazioni più semplici di questo paradosso, per raggiungere qualsiasi punto distante, devi attraversare metà della distanza fino a quel punto. Ma per raggiungerlo devi attraversare metà di quella distanza. Ma prima, metà di quella distanza. E così via... in modo che si scopre che in realtà hai un numero infinito di mezze distanze da attraversare e, quindi, non puoi mai farcela!

L'effetto zeno quantistico è stato originariamente presentato nel documento del 1977 "Il paradosso di Zeno nella teoria quantistica" (Journal of Mathematical Physics, PDF), scritto da Baidyanaith Misra e George Sudarshan.

Nell'articolo, la situazione descritta è una particella radioattiva (o, come descritto nell'articolo originale, un "sistema quantistico instabile"). Secondo la teoria quantistica, esiste una certa probabilità che questa particella (o "sistema") subisca un decadimento in un determinato periodo di tempo in uno stato diverso da quello in cui è iniziata.

Tuttavia, Misra e Sudarshan hanno proposto uno scenario in cui l'osservazione ripetuta della particella impedisce effettivamente la transizione allo stato di decadimento. Questo può certamente ricordare il linguaggio comune "una pentola osservata non bolle mai", tranne che al posto di una semplice osservazione circa la difficoltà della pazienza, questo è un risultato fisico reale che può essere (ed è stato) confermato sperimentalmente.

La spiegazione fisica in quanto fisica è complesso, ma abbastanza ben compreso. Cominciamo pensando alla situazione come accade normalmente, senza l'effetto quantico di Zeno al lavoro. Il "sistema quantico instabile" descritto ha due stati, chiamiamoli stato A (lo stato non decaduto) e stato B (lo stato decaduto).

Se il sistema non viene osservato, nel tempo si evolverà dallo stato non ritardato in a sovrapposizione di stato A e stato B, con la probabilità di essere in entrambi gli stati su cui si basa tempo. Quando viene effettuata una nuova osservazione, la funzione d'onda che descrive questa sovrapposizione di stati crollerà nello stato A o B. La probabilità dello stato in cui collassa si basa sulla quantità di tempo che è trascorso.

È l'ultima parte che è la chiave dell'effetto quantistico di Zeno. Se si effettuano una serie di osservazioni dopo brevi periodi di tempo, la probabilità che il sistema sia presente lo stato A durante ciascuna misurazione è notevolmente superiore alla probabilità che il sistema sia in stato B. In altre parole, il sistema continua a ricadere nello stato non ritardato e non ha mai tempo di evolversi in stato decaduto.

Controintuitivo come sembra, ciò è stato confermato sperimentalmente (così come il seguente effetto).

Ci sono prove per un effetto opposto, che è descritto in Jim Al-Khalili Paradosso come "l'equivalente quantico di fissare un bollitore e farlo bollire più rapidamente. Mentre è ancora in qualche modo speculativo, tale ricerca va al cuore di alcuni dei più profondi e forse importanti settori della scienza nel XXI secolo, come lavorare per costruire ciò che è chiamato a computer quantistico"Questo effetto è stato confermato sperimentalmente.