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Oggi, 14 aprile, è la Giornata Mondiale dei Quanti. La data non è casuale: viene dalla costante di Planck, il numero fondamentale della fisica quantistica, il cui valore è 4,14 (× 10⁻¹⁵ eV·s). Mese 4, giorno 14. È il numero che separa il mondo che vediamo da quello che non possiamo vedere ma che fa funzionare tutto.
La fisica quantistica ha la reputazione di essere incomprensibile. In parte è vero: le equazioni sono complesse e i fenomeni che descrive sfidano il senso comune. Ma il punto è un altro. Non serve capire le equazioni per capire perché i quanti riguardano tutti. Perché li stai usando adesso, mentre leggi questo articolo, e non lo sai.
Tre concetti senza una formula
Tutta la fisica quantistica ruota intorno a tre idee che si possono spiegare senza numeri.
La prima è la quantizzazione. Nel 1900, il fisico tedesco Max Planck scoprì che l'energia non scorre come l'acqua da un rubinetto, ma viene rilasciata in pacchetti minimi, come monetine da un distributore automatico. Ogni pacchetto si chiama quanto. Non puoi avere mezzo quanto, così come non puoi avere mezza monetina. Questa scoperta ha demolito l'idea che la natura sia continua e graduale: a scala piccolissima, tutto procede a scatti.
La seconda è la sovrapposizione. Una particella quantistica può trovarsi in due stati diversi contemporaneamente, finché qualcuno non la osserva. È il principio del famoso gatto di Schrödinger, vivo e morto allo stesso tempo nella scatola chiusa. Non è una metafora: gli esperimenti lo confermano da quasi un secolo. Solo quando misuri lo stato della particella, questa "sceglie" una delle possibilità.
La terza è l'entanglement, che Einstein chiamò con fastidio "azione spettrale a distanza". Due particelle possono essere collegate in modo tale che misurare lo stato di una determini istantaneamente lo stato dell'altra, anche se si trovano ai lati opposti dell'universo. Non c'è un segnale che viaggia tra loro: la correlazione è istantanea. Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger hanno vinto il Nobel per la Fisica nel 2022 proprio per aver dimostrato sperimentalmente che questo fenomeno è reale.
La fisica quantistica è già nel tuo telefono
Lo smartphone che hai in mano funziona grazie alla meccanica quantistica. Non in senso vago: in senso letterale. Il processore è costruito con transistor che sfruttano l'effetto tunnel quantistico, un fenomeno in cui le particelle attraversano barriere che secondo la fisica classica sarebbero impenetrabili. Senza questo effetto, nessun chip moderno funzionerebbe.
Il GPS che usi per navigare si basa su orologi atomici a bordo dei satelliti, la cui precisione dipende da transizioni quantistiche tra livelli energetici degli atomi di cesio. Il laser che legge i codici a barre al supermercato è un'applicazione diretta dell'emissione stimolata prevista da Einstein nel 1917. La risonanza magnetica che ti fa il medico sfrutta lo spin quantistico dei nuclei di idrogeno nel tuo corpo. I LED che illuminano lo schermo che stai guardando emettono luce grazie a transizioni quantistiche nei semiconduttori.
In pratica, se domani mattina la meccanica quantistica smettesse di funzionare, non si spegnerebbe solo il telefono. Si spegnerebbe tutto.
L’Italia e la ricerca quantistica
L'Italia è uno dei Paesi più attivi nella ricerca sui quanti. L'INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) gestisce i Laboratori Nazionali di Frascati, dove si studiano le proprietà fondamentali delle particelle dalla metà del Novecento. Nel 2024, un team dell'Università di Napoli Federico II e del CNR ha realizzato uno dei primi prototipi italiani di sensore quantistico per applicazioni mediche, capace di misurare campi magnetici cerebrali con una precisione superiore agli strumenti tradizionali.
L'Università di Roma La Sapienza, attraverso il gruppo di Fabio Sciarrino, è tra i leader mondiali nella fotonica quantistica: il suo laboratorio ha stabilito record nella generazione e manipolazione di stati quantistici della luce, con applicazioni dirette nella crittografia e nelle comunicazioni sicure.
A livello europeo, l'Italia partecipa alla Quantum Flagship, il programma da un miliardo di euro lanciato dall'Unione Europea per sviluppare tecnologie quantistiche entro il 2030, con gruppi di ricerca attivi a Milano, Roma, Padova e Napoli.
Perché dovresti interessartene
Nei prossimi dieci anni, il computer quantistico potrebbe cambiare il modo in cui si sviluppano farmaci, si progettano materiali e si proteggono i dati. La crittografia quantistica promette comunicazioni impossibili da intercettare. I sensori quantistici rivoluzioneranno la diagnostica medica.
Non è fantascienza lontana. È fisica che esiste già nei laboratori e che sta uscendo da quei laboratori in questo momento. La Giornata Mondiale dei Quanti esiste dal 2021 proprio per ricordarlo: la meccanica quantistica non è una curiosità accademica. È l'infrastruttura invisibile su cui si regge il mondo moderno.
Non serve una laurea in fisica per capire i quanti. Basta guardarsi intorno: lo schermo che stai fissando, il segnale che ti porta queste parole, la luce che illumina la stanza. Tutto questo esiste perché nel 1900 un fisico tedesco scoprì che l'energia viaggia in pacchetti. E il mondo non è più stato lo stesso.
Fonti: World Quantum Day (worldquantumday.org); Nobel Prize in Physics 2022 (Aspect, Clauser, Zeilinger); INFN, Laboratori Nazionali di Frascati; Università di Napoli Federico II / CNR; Sciarrino F., Università di Roma La Sapienza; European Quantum Flagship.