Fisica ed illusionismo: in arrivo il cappello dell’invisibilità

“Il paragone è in effetti azzeccato, dal momento che all’interno del cappello si verifica qualcosa di magico, anche se assolutamente scientifico” – spiega Gunther Uhlmann, docente di Matematica presso l’Università di Washington ( UW ) e curatore, insieme ai suoi colleghi, dell’articolo pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences.

Il cappello dell’invisibilità

Il modello fisico – matematico, ideato e poi sviluppato in scale relativamente ridotte dal team di Uhlmann, lascia effettivamente molto spazio alla fantasia, stuzzicando il nostro immaginario infantile e suscitandoci memorie quali il famigerato “mantello dell’invisibilità” della saga di Harry Potter. Il nome del dispositivo creato all’Università di Washington, Schrödinger’s hat – letteralmente, il cappello di Schrödinger –, ricorda sotto vari aspetti i molti oggetti stregati o magici che si incontrano nella lettura di un libro fantasy o su cui abbiamo semplicemente fantasticato da bambini.

L’interazione tra entità quantiche e realtà macroscopiche

Lo stesso appellativo conferito al modello dal team di studi della UW fa sorridere, in quanto l’assonanza hat – cat rimanda ad una paradossale situazione proposta dal fisico e matematico Erwin Schrödinger, ovvero quella, un po’ macabra se vogliamo, che coinvolge un gatto ideale per dimostrare l’interazione tra entità quantiche e realtà macroscopiche ( il gatto in questione ), in modo da palesare l’insostenibilità della interpretazione classica della meccanica quantistica, la cosiddetta interpretazione di Copenaghen, che trova uno dei suoi massimi esponenti in Niels Bohr .

Il paradosso che Schrödinger presentava in modo provocatorio era che, al momento dell’indagine di un sistema fisico-chimico che coinvolge modificazioni subatomiche, l’osservatore, dovendo stabilire se il sistema si trova in uno dei due stati, si trova costretto ad effettuare una forzatura sul sistema stesso, dovendo univocamente chiarire se il sistema si trova in uno stato piuttosto che in un altro, quando, di fatto, esso potrebbe trovarsi benissimo in entrambi. In analogia con tale paradosso, nonché mirando alla realizzazione di veri e propri microscopi quantistici, Uhlmann e i suoi colleghi hanno realizzato un modello per il cappello di Schrödinger basato su un accurato studio del comportamento delle onde elettromagnetiche che compongono la luce, il quale stabilisce che un oggetto posto al di sotto di esso non sia visibile dall’esterno e che, simultaneamente, la luce diretta dall’esterno verso l’oggetto schermato non possa denunciare la sua presenza.

Il modello, lo sviluppo, le applicazioni

Questo processo di cloaking, di schermatura dell’oggetto alla vista si basa sulla deflessione controllata delle onde elettromagnetiche componenti la luce mediante l’impiego di metamateriali e l’applicazione delle leggi dell’ottica trasformativa. L’invisibilità viene sostanzialmente ricavata da uno sdoppiamento, un disaccoppiamento delle parti che compongono l’onda tra l’interno schermato e l’esterno: raggiunta questa condizione, l’oggetto posto sotto il cappello di Schrödinger è invisibile se guardato dalla regione non schermata ed estremamente ingrandito se osservato dall’interno della zona di cloaking. Sebbene questo risultato non possa essere conseguito in toto nella realtà, sono comunque stati fissati dei parametri di cloaking entro i quali i flussi in entrata ed in uscita sono bilanciati, permettendo quindi risultati più che soddisfacenti: tali parametri sono stati registrati a ridosso delle condizioni limite di cloaking, dove, ovvero, si generano stati risonanti che riaccoppiano l’onda, annullando così l’effetto dell’invisibilità.

Work in progress per eliminare gli ultimi problemi

Il paradosso, spiega Uhlmann, è che si può ingrandire, attraverso la schermatura, solo ciò che si vuole vedere, tuttavia la parte ingrandita è invisibile dall’esterno. Questo problema è in ogni caso aggirabile, e il team dell’Università di Washington sta già lavorando alla realizzazione di microscopi quantistici tramite la manipolazione di onde quantistiche di materia: in questo modo sarebbe possibile monitorare le dinamiche dei processi elettronici che si verificano sul chip di un computer.

Anche l’invisibilità acustica

Un’altra applicazione molto interessante è rappresentata dal setting, dall’impostazione del range di schermatura del cappello di Schrödinger su lunghezze d’onda più elevate – o, in modo equivalente, su frequenze più basse –, come quelle proprie delle onde radio o delle onde sonore: si raggiungerebbe così l’invisibilità acustica. Seguendo questa logica potremmo arrivare ad influire su ogni tipo di onda, dalle microonde allo spettro del visibile al suono, ricreando, attraverso il disaccoppiamento delle parti dell’onda, effetti fisici unici e nuovi, talora non presenti spontaneamente in natura.