Tradizionalmente, si è creduto che durante il tunneling, le particelle potessero muoversi a velocità superiori a quella della luce, un’affermazione che contraddice la teoria della relatività di Einstein, la quale afferma che nulla può superare la velocità della luce. Tuttavia, recenti studi condotti dai fisici Patrik Schach ed Enno Giese dell’Università Tecnica di Darmstadt hanno messo in discussione queste precedenti misurazioni del tempo di tunneling, proponendo un nuovo metodo che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione del fenomeno.
Schach e Giese hanno introdotto un approccio innovativo per misurare il tempo che impiega una particella a tunnelare, utilizzando le particelle stesse come orologi. Il loro metodo si basa sulla dualità onda-particella, un principio fondamentale della fisica quantistica secondo cui particelle come atomi e fotoni possono comportarsi sia come particelle sia come onde. Nel contesto del tunneling, una particella si avvicina a una barriera energetica sotto forma di un “pacchetto d’onda”. Alcune parti di questo pacchetto sono riflesse dalla barriera, ma una piccola porzione può effettivamente attraversarla, emergendo dall’altra parte.
Per misurare il tempo di tunneling, i fisici propongono di utilizzare due atomi: uno che attraversa il tunnel e uno che non lo fa, servendo quest’ultimo da riferimento. Entrambi gli atomi sono colpiti da impulsi laser che sincronizzano i loro livelli energetici, facendo oscillare gli atomi a frequenze specifiche. Durante il tunneling, l’oscillazione dell’atomo che tunnela subisce un leggero cambiamento. Un secondo impulso laser permette di rilevare l’interferenza tra le onde energetiche interne dell’atomo, fornendo una misura precisa del tempo trascorso.
I calcoli suggeriscono che l’orologio dell’atomo che ha effettuato il tunneling mostrerà un leggero ritardo rispetto a quello che non ha tunnelato, indicando che il tempo per il tunneling è leggermente più lungo di quanto osservato in precedenti esperimenti che suggerivano velocità superluminali. Questo risultato potrebbe quindi contraddire le affermazioni di velocità superluminale attribuite al tunneling in passato.
La realizzazione pratica di questo esperimento rappresenta una sfida significativa per i ricercatori, poiché la differenza di tempo da misurare è estremamente breve, circa 10^-26 secondi. Tuttavia, l’uso di nuvole di atomi come orologi, piuttosto che singoli atomi, potrebbe facilitare la misurazione. Inoltre, è possibile amplificare l’effetto aumentando artificialmente le frequenze dell’orologio.
Attualmente, Schach e Giese stanno discutendo questa proposta con colleghi sperimentali e partner di progetto, e non è escluso che presto un team decida di portare avanti questo esperimento rivoluzionario. La loro ricerca, pubblicata sulla rivista Science Advances, promette di aprire nuove frontiere nella comprensione del tunneling quantistico e delle sue implicazioni per la fisica moderna.