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domenica 16 agosto 2015

Quantum decoherence


Per capire decoerenza , dovete prima capire la coerenza, il che significa che dovete capire le interferenze, il che significa che dovete capire che cosa fanno le onde.
 La caratteristica principale delle onde è tale da generare una interferenza, due onde possono sommarsi fino a generare qualcosa più forte  o possono annullarsi. Premesso questo, andiamo ad analizzare il dualismo onda-particella alla base della meccanica quantistica e di conseguenza fondamentale ai fini della comprensione della decoerenza quantistica.
L'esperimento della doppia fenditura è la più importante dimostrazione scientifica della dualità onda-particella. Avvine in questo modo: Gli elementi utilizzati sono sostanzialmente tre , una sorgente luminosa, una lastra da posizionare sullo sfondo e tra la sorgente luminosa e la lastra si dispone una barriera opaca con due fenditure parallele di una determinata lunghezza. Un'onda può passare attraverso due fenditure, una particella non può, premesso questo che possiamo vedere in figura (1),
figura1
 diciamo che se noi riduciamo l'emissione luminosa al punto da far partire un solo fotone alla volta ( ma la cosa vale anche per particelle più grandi quali elettroni), notiamo che , come ci si aspetterebbe dalla meccanica classica, le particelle riescono a passare solo attraverso una fenditura ( essendo dei corpuscoli non avrebbe senso passassero contemporaneamente
 da entrambe le fenditure , come invece avviene per un'onda) (figura 2).
figura2
- Bene , facendo passare per le fenditure un fotone (o elettrone) alla volta, essi risultano dapprima diradati e dall'apparente distribuzione caotica, ma, aumentando man mano di numero, vanno a formare le frange di interferenza tipiche del comportamento ondulatorio!( esattamente come se le particelle passassero contemporaneamente tra entrambe le fenditure!!).
Con l'andar del tempo più fotoni(o elettroni) raggiungono lo schermo , più si dispongono creando una figura di interferenza...Ma i fotoni sono particelle!
 Analogo risultato si ottiene anche utilizzando particelle di maggiori dimensioni. Ciò dimostra inequivocabilmente l'esistenza del dualismo onda-corpuscolo, sia della materia sia della radiazione elettromagnetica (citazione Wikipedia)- Introdotto questo concetto complesso ma comprensibile , possiamo quindi affermare che l'onda, in quando continua e non discreta , ha una natura "COERENTE".
E' fondamentale ricordare che qualora si dovessero usare elementi di misurazione , ai fini del valutare attraverso quale fenditura ha attraversato un singolo fotone, la figura di interferenza di cui sopra scompare! Certo questo sembra assurdo , nel pensiero classico ci si basa sul concetto di "realismo locale", che afferma che una particella porta con sé in ogni momento tutte le informazioni necessarie per determinare come si comporta (comporterà) e pensare che solo a seguito di una misurazione la particella cambia il suo
stato, significa che la particella deve andare "indietro nel tempo" e decidere se farà un percorso attraversando una determinata fenditura (quindi si comporterà da particella)  o entrambi (quindi si comporterà da onda).

Che cosa è successo alla coerenza che ha causato il modello sopra descritto ? L'osservazione ha generato una "decoerenza". Questa onda è quindi collassata all'atto della verifica di uno dei probabili stati quantistici, quindi l'interazione con il sistema è stata sufficiente a "rovinare" la coerenza dell'onda, o più semplicemente
le informazioni che abbiamo misurato sulla particella che escludono alcuni dei canali che altrimenti avrebbero partecipato alla coerenza dell'onda (onda è una somma di molte  influenze).


La Decoerenza , quindi, alla luce di quanto abbiamo spiegato, si verifica quando un sistema quantistico interagisce con l'ambiente. Non ci soffermiamo oggi nel descrivere come avviene l'evoluzione della funzione d'onda secondo l'equazione di Schrödinger, ci basti pensare che il collasso della funzione d'onda sopra descritto , segna il confine tra la realtà "quantistica da quella "classica". Nel mondo quantistico , questa funzione d'onda decade molto lentamente ( un elettrone ci impiega circa un anno), mentre nel nostro mondo reale impiega qualcosa come un femtosecondo!