Riassunto:
Perché gli atomi e le particelle elementari possono mostrare strani comportamenti quantistici, mentre gli oggetti macroscopici con cui interagiamo ogni giorno seguono le leggi fisiche classiche che ci sono familiari? I fisici stanno cercando da tempo di risolvere questo mistero. Recentemente, un nuovo studio condotto in un laboratorio sotterraneo in Italia ha testato rigorosamente una teoria proposta negli anni ’60. I ricercatori hanno misurato ininterrottamente per 62 giorni ma non hanno trovato il debole segnale di radiazione previsto dalla teoria, escludendo così questo modello specifico come spiegazione del meccanismo della scomparsa dei fenomeni quantistici.
Questa ricerca è stata completata da importanti ricercatori dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare italiano e i risultati della ricerca sono stati pubblicati sul "New Journal of Physics" il 19 giugno 2026. L'articolo è intitolato "Experimental Exclusional of a generalized Karoi-Hazy Gravity-Induced Decoherence Model". I risultati della ricerca non significano che non esista alcuna connessione tra gravità e meccanica quantistica, ma eliminano un percorso teorico che aveva attirato l’attenzione della comunità dei fisici per comprendere perché il mondo macroscopico non presenta evidenti effetti quantistici.
La ricerca coinvolge uno degli esperimenti mentali più famosi della fisica quantistica: il gatto di Schrödinger.
Nel 1935, il fisico austriaco Erwin Schrödinger propose un esperimento mentale: posizionare un gatto in una scatola chiusa con atomi radioattivi, dispositivi a gas velenoso, ecc. Se gli atomi decadono, il dispositivo rilascia gas velenoso e il gatto muore; se gli atomi non decadono, il gatto sopravvive. Secondo la descrizione dell'intero sistema da parte della meccanica quantistica, il sistema potrebbe trovarsi in una sovrapposizione quantistica di stati diversi prima che avvenga la misurazione, dando luogo al famoso paradosso di un gatto che è sia vivo che morto.
Schrödinger ha proposto questo esperimento mentale non per affermare che i gatti in realtà possano davvero vivere e morire allo stesso tempo nel senso quotidiano, ma per rivelare i problemi profondi affrontati quando la teoria quantistica viene applicata al mondo macroscopico.
Nel mondo microscopico, le particelle possono trovarsi in una sovrapposizione di più stati possibili e presentare caratteristiche quantistiche come l'interferenza. Tuttavia, gli oggetti nella vita di tutti i giorni non mostrano lo stesso fenomeno evidente. I fisici chiamano "decoerenza" il processo in cui le caratteristiche dell'interferenza quantistica diventano sempre più difficili da osservare dopo che un sistema quantistico interagisce con l'ambiente circostante.
Le interazioni ambientali possono spiegare perché molti oggetti macroscopici sembrano seguire le leggi della fisica classica, ma quale sia la relazione tra la meccanica quantistica e la gravità, e se la gravità distrugga attivamente anche la sovrapposizione quantistica, sono ancora questioni aperte nella fisica di base.
Negli anni '60, il fisico teorico ungherese Frijesh Karojhazy propose una teoria che tentava di spiegare questo problema. Egli ritiene che potrebbero esserci fluttuazioni estremamente piccole nello spazio e nel tempo che non possono essere completamente evitate, e queste fluttuazioni potrebbero gradualmente distruggere lo stato di sovrapposizione del sistema quantistico, rendendo difficile per gli oggetti di grandi dimensioni continuare a mostrare un comportamento quantistico.
Questa linea di pensiero tenta di stabilire una connessione tra la meccanica quantistica e la teoria generale della relatività di Einstein. La relatività generale descrive la gravità come il risultato della curvatura dello spazio-tempo, e la teoria di Karoljhazy va oltre immaginando che potrebbero esserci piccole incertezze nello spazio-tempo stesso, che potrebbero influenzare l'evoluzione dei sistemi quantistici.
Decenni dopo la proposta di questa teoria, ricercatori competenti l'hanno riformulata e migliorata per sottoporre le sue previsioni a test sperimentali più rigorosi. I ricercatori sperano di determinare sperimentalmente se le ipotetiche fluttuazioni dello spazio-tempo influiscono effettivamente sulla materia in modi misurabili.
Il problema è che le fluttuazioni spazio-temporali previste dalla teoria sono estremamente deboli e non possono essere misurate direttamente e in modo sistematico. Tuttavia, se queste fluttuazioni esistono e possono accelerare in modo casuale le particelle cariche, allora le particelle dovrebbero produrre radiazioni elettromagnetiche estremamente deboli.
In altre parole, i ricercatori non devono osservare direttamente lo spazio-tempo stesso, ma semplicemente cercare i segnali di radiazione previsti dalla teoria, dando loro la possibilità di testare il modello. Se il segnale esiste, fornirà supporto alla teoria; se la sensibilità sperimentale è sufficientemente elevata ma il segnale atteso non viene mai trovato, i ricercatori possono limitare o addirittura escludere i corrispondenti parametri e modelli teorici.
Per completare questo esperimento, il gruppo di ricerca ha scelto i Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italia. Il laboratorio si trova a circa 1,4 chilometri sottoterra nelle montagne del Gran Sasso ed è uno dei più grandi laboratori sotterranei per la ricerca di fisica di base al mondo.
Le formazioni rocciose sotterranee possono schermare una grande quantità di raggi cosmici e altre radiazioni di fondo, riducendo le interferenze esterne. Questa schermatura naturale è importante quando si cercano segnali estremamente deboli, poiché le radiazioni provenienti dall’ambiente possono essere molto più forti del segnale target che i ricercatori sperano di catturare.
Nell'esperimento, i ricercatori hanno utilizzato come componente principale del rilevatore un cristallo di germanio di elevata purezza, che ha all'incirca le dimensioni di una tazza di caffè. All'esterno del rilevatore è inoltre installata una struttura di schermatura multistrato in rame e piombo per ridurre ulteriormente l'impatto della radiazione di fondo.
Il team di ricerca ha raccolto dati per 62 giorni consecutivi, quindi ha analizzato e sottratto la radiazione di fondo prevista dai risultati della misurazione, quindi ha controllato se i dati rimanenti contenevano il segnale di radiazione specifico previsto dal modello Karoljhazy.
Alla fine, i ricercatori non hanno trovato segnali che corrispondessero alle previsioni del modello.
Questo risultato significa che il modello di decoerenza indotta dalla gravità di Karoyhazy testato sperimentalmente non può essere supportato dai risultati osservativi. I ricercatori hanno quindi escluso questa particolare versione della teoria, ponendo nuovi vincoli per gli studi futuri che tentano di spiegare la relazione tra decoerenza quantistica e gravità.
Catarina Curceanu, membro del gruppo di ricerca e responsabile della ricerca presso i Laboratori Nazionali di Frascati dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, ha sottolineato che l'assenza del segnale atteso è di per sé un importante risultato scientifico. Escludendo un modello rappresentativo e di lunga data di decoerenza indotta dalla gravità, i ricercatori hanno potuto restringere ulteriormente la ricerca del meccanismo fisico rilevante.
Tuttavia, questo studio non dimostra che la gravità non potrà mai influenzare i sistemi quantistici, né risolve il problema più ampio di come unificare la meccanica quantistica e la relatività generale.
Diverse teorie potrebbero collegare la gravità alla decoerenza quantistica attraverso altri meccanismi, e se questi meccanismi siano veri richiede ancora un'ulteriore verifica sperimentale. Ciò che questo esperimento è stato in grado di escludere sono stati i modelli specifici testati, non tutte le idee su come la gravità influenza il comportamento quantistico.
L'importanza della ricerca è anche che mostra il processo delle teorie fisiche di base che passano gradualmente dalla deduzione matematica alla verifica sperimentale precisa. In passato, alcune teorie che coinvolgevano la struttura dello spazio-tempo e della gravità quantistica si basavano principalmente sull’analisi matematica e sulla ricerca concettuale, rendendo difficile progettare esperimenti che potessero verificare direttamente le loro previsioni. Man mano che la sensibilità del rilevatore continua a migliorare, alcune teorie hanno iniziato a produrre previsioni concrete che possono essere testate rispetto ai dati sperimentali.
Il pensiero di Karoyhazy coinvolge anche un'altra questione importante: se gli esseri umani possano misurare distanze e posizioni nello spazio e nel tempo con infinita precisione.
Nel quadro della fisica classica, si può generalmente immaginare di misurare la posizione degli oggetti con crescente precisione. Tuttavia, nella ricerca teorica che cerca di unificare la meccanica quantistica e la gravità, la questione se lo spazio-tempo abbia ancora proprietà continue che possono essere misurate con infinita precisione su scale estremamente piccole ha sempre attirato molta attenzione. Alcune linee di ricerca sulla gravità quantistica, tra cui la teoria delle stringhe e la gravità quantistica a loop, implicano la ricomprensione della struttura dello spazio-tempo su scale estremamente piccole, ma diverse teorie gestiscono questo problema in modo diverso.
Il fisico quantistico Christian Pischia, che ha partecipato all'esperimento, ha sottolineato che molte idee nella ricerca sulla gravità quantistica coinvolgono il concetto di scale di lunghezza minima legate all'incertezza delle misurazioni dello spazio-tempo. Tuttavia, questo esperimento non dimostra se la lunghezza minima esista effettivamente, ma piuttosto limita un modello specifico che tenta di collegare l’incertezza spazio-temporale alla decoerenza quantistica.
I ricercatori ritengono che gli esperimenti di precisione stiano gradualmente diventando capaci di testare alcune ipotesi fisiche rimaste a lungo nella fase di speculazione teorica. Con l’ulteriore sviluppo della tecnologia sperimentale, ci si aspetta che gli scienziati siano in grado di giudicare in modo più rigoroso quali teorie possono descrivere il mondo reale e quali teorie necessitano di essere riviste o abbandonate.
Dal gatto di Schrödinger alle fluttuazioni spazio-temporali fino alla gravità quantistica, questa ricerca non rivela direttamente tutti i segreti del perché il mondo macroscopico esibisce le leggi della fisica classica, ma elimina una teoria che un tempo si pensava potesse spiegare questo fenomeno. Serve a ricordare che il valore delle teorie scientifiche non risiede solo nella loro capacità di proporre spiegazioni convincenti, ma anche nella loro capacità di fare previsioni chiare e verificabili che possono essere verificate da risultati sperimentali.
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