Cos’è la fisica quantistica e perché se ne parla tanto

La fisica quantistica è una teoria fondamentale della fisica che descrive il comportamento della materia e dell'energia su scale estremamente piccole, come gli atomi e le particelle subatomiche. Si differenzia dalla fisica classica, più spesso oggetto di lezioni di fisica scolastiche, che si occupa delle leggi che governano gli oggetti di dimensioni macroscopiche.

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La fisica quantistica ha introdotto concetti radicalmente nuovi rispetto alla fisica classica. Ad esempio, secondo la meccanica quantistica, le particelle subatomiche non possono essere descritte con precisione in termini di posizione e velocità definite come oggetti solidi, ma piuttosto in termini di funzioni d'onda che rappresentano la probabilità di trovare una particella in una determinata posizione o stato.

La ragione per cui se ne parla tanto è che la fisica quantistica ha rivoluzionato la nostra comprensione del mondo a livello microscopico. Ha fornito spiegazioni teoriche per fenomeni che erano al di là della comprensione della fisica classica, come l'interazione tra particelle, la dualità onda-particella e il principio di indeterminazione di Heisenberg.

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Inoltre, la fisica quantistica ha portato allo sviluppo di tecnologie rivoluzionarie, come il laser, i dispositivi a semiconduttore e i computer quantistici. Queste applicazioni pratiche hanno un impatto significativo su settori come l'elettronica, la criptografia, la comunicazione e la medicina.

La natura affascinante e controintuitiva della fisica quantistica, con concetti come l'entanglement quantistico e la sovrapposizione di stati, ha suscitato un grande interesse sia tra i fisici che tra il grande pubblico. Ciò ha portato a una maggiore diffusione delle idee e delle scoperte della fisica quantistica attraverso i mezzi di comunicazione e ha generato un dibattito su temi filosofici e interpretativi, come la natura della realtà, il libero arbitrio e la relazione tra osservatore e fenomeno osservato.

Ecco alcuni esempi di fenomeni e applicazioni della fisica quantistica che la rendono interessante:

• Effetto tunnel: secondo la meccanica quantistica, una particella può attraversare una barriera di potenziale anche se la sua energia è inferiore all'energia richiesta per superarla secondo la fisica classica. Questo fenomeno spiega, ad esempio, come i nuclei atomici possano subire decadimento radioattivo.
• Criptografia quantistica: la fisica quantistica ha introdotto tecniche di crittografia sicure basate sul principio dell'indeterminazione. Utilizzando la codifica quantistica delle informazioni, è possibile garantire la sicurezza delle comunicazioni tra due parti, poiché l'atto di intercettare o misurare le particelle quantistiche modifica il loro stato.
• Superconduttività: alcuni materiali, a temperature estremamente basse, possono condurre corrente elettrica senza resistenza, fenomeno chiamato superconduttività. Questo comportamento è spiegato dalla teoria delle coppie di Cooper, un effetto quantistico che coinvolge l'accoppiamento di elettroni nel materiale.

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• Laser: la parola LASER vuol dire "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (in italiano: amplificazione della luce per emissione stimolata di radiazione). I laser sfruttano il principio della stimolazione quantistica per emettere una luce coerente e altamente concentrata. Questa tecnologia ha una vasta gamma di applicazioni, come la chirurgia oftalmica, la comunicazione a fibra ottica e l'elaborazione dei materiali. 
• Computer quantistici: i computer quantistici sono dispositivi che sfruttano i principi della meccanica quantistica, come la sovrapposizione di stati e l'entanglement, per eseguire calcoli molto più velocemente di un computer classico. Questa tecnologia promettente potrebbe rivoluzionare l'elaborazione dei dati, con potenziali applicazioni nell'intelligenza artificiale, nella criptografia e nella simulazione di sistemi complessi.

Questi sono solo alcuni esempi per illustrare come la fisica quantistica abbia impatti teorici e pratici significativi nella nostra comprensione del mondo e nello sviluppo di nuove tecnologie.