Il 2 settembre 2026 la rivista Science Advances ha pubblicato la prima misura diretta della fase quantistica che un atomo in caduta libera accumula sotto l'effetto della gravità. La fase cresce con il cubo del tempo di caduta, esattamente come prevede il principio di equivalenza di Einstein applicato a un oggetto quantistico. Fra gli autori dello studio c'è il premio Nobel Roger Penrose.
Come funziona l'interferometro quantistico di Galileo
Il gruppo guidato da Ron Folman all'Università Ben-Gurion del Negev, in collaborazione con Oxford, Southampton, Universität Ulm, l'Institute of Quantum Technologies del DLR di Ulm e la Texas A&M, ha costruito uno strumento chiamato Quantum Galileo Interferometer. L'apparato divide l'onda quantistica di un singolo atomo di rubidio ultrafreddo in due percorsi: uno viene tenuto fermo da un campo magnetico che compensa la gravità, l'altro è lasciato cadere liberamente. Quando i due percorsi vengono ricongiunti, la loro interferenza rivela la minuscola differenza di fase quantistica accumulata durante la caduta.
La manipolazione avviene a pochi micrometri da un chip atomico progettato appositamente, con nuvole di atomi raffreddati a temperature appena sopra lo zero assoluto. Il risultato numerico è netto: la fase relativa cresce come il cubo del tempo di caduta libera, la dipendenza teorica che discende dal principio di equivalenza quando lo si trasporta dentro la meccanica quantistica. Fino a oggi questa firma era stata dedotta indirettamente da altri esperimenti di gravimetria atomica, ma mai misurata come fase pura in un interferometro dedicato a un oggetto quantistico in caduta libera.
Perché Penrose firma uno studio che potrebbe smentire la sua teoria
Il dettaglio più curioso della vicenda riguarda proprio il ruolo di Roger Penrose. Da quarant'anni il fisico di Oxford sostiene una tesi eterodossa: la meccanica quantistica, così come la conosciamo oggi, dovrebbe rompersi quando un oggetto abbastanza massivo resta in sovrapposizione quantistica abbastanza a lungo, perché la gravità stessa causerebbe il collasso della funzione d'onda. È la cosiddetta riduzione oggettiva, formulata in una versione condivisa con il fisico ungherese Lajos Diósi. Nel regime esplorato adesso, cioè un singolo atomo di rubidio, la meccanica quantistica standard vince a mani basse: la fase misurata è esattamente quella prevista da Einstein, e non emerge alcuna deviazione.
Il vero banco di prova, però, arriverà con il prossimo esperimento, già in preparazione nello stesso laboratorio di Ben-Gurion. La medesima tecnica interferometrica verrà scalata a nanodiamanti, oggetti milioni di volte più massivi di un atomo di rubidio. In quel regime, le previsioni della meccanica quantistica standard e quelle della teoria di Penrose iniziano a divergere in modo misurabile. Firmando questo articolo, il premio Nobel accetta di fatto un percorso sperimentale che nel giro di qualche anno potrebbe falsificare la sua ipotesi più famosa, oppure trasformarla nella prima crepa verificabile della meccanica quantistica moderna.
Cosa cambia per studenti e docenti di fisica
Per chi insegna o studia fisica moderna, questo esperimento offre un esempio didattico raro: un principio classico di Einstein, quello per cui piuma e martello di Galileo cadono con la stessa accelerazione, misurato per la prima volta non su una massa macroscopica ma sulla fase di un'onda di materia. È il tipo di misura che collega in modo diretto due corsi che di solito vivono separati nei piani di studio, relatività generale e meccanica quantistica, e che finora si potevano tenere insieme solo con ragionamenti indiretti o esperimenti concettuali.
L'esperimento arriva in un momento in cui i laboratori di fisica atomica europei stanno spingendo la sensibilità degli interferometri atomici verso soglie sempre più basse. La prossima generazione di misure, quella sui nanodiamanti, definirà chi ha ragione fra la meccanica quantistica standard e le teorie del collasso gravitazionale. Il paper è disponibile su Science Advances per chi voglia leggere metodo e dati direttamente dalla fonte primaria. Sullo stesso tema e per il confronto con altre svolte recenti della fisica quantistica valgono anche gli approfondimenti di EduNews24 su il primo test diretto della gravità di Einstein nel mondo quantistico, su i fononi in salto di Stanford e il suono quantistico e sulla posizione italiana nel decimo posto al mondo per privacy online ma indietro sull'intelligenza artificiale.
Il calendario adesso è definito: quando l'apparato dei nanodiamanti sarà operativo, la comunità dei fisici avrà finalmente la prima misura diretta capace di dire se la gravità resta compatibile con la sovrapposizione quantistica anche per oggetti che iniziano a essere quasi visibili al microscopio ottico.
Domande frequenti
Cos'è stato misurato per la prima volta nell'esperimento descritto?
È stata ottenuta la prima misura diretta della fase quantistica accumulata da un atomo in caduta libera sotto l'effetto della gravità, confermando la previsione del principio di equivalenza di Einstein applicato a un oggetto quantistico.
Come funziona il Quantum Galileo Interferometer utilizzato nell'esperimento?
L'interferometro divide l'onda quantistica di un singolo atomo di rubidio ultrafreddo in due percorsi: uno resta fermo grazie a un campo magnetico che compensa la gravità, l'altro cade liberamente. Quando i percorsi vengono ricongiunti, la loro interferenza permette di misurare la differenza di fase accumulata durante la caduta.
Qual è il ruolo di Roger Penrose nello studio e perché è significativo?
Roger Penrose è uno degli autori dello studio, nonostante le sue teorie prevedano che la meccanica quantistica standard si rompa per oggetti più massivi. Firmando questo articolo, Penrose accetta la possibilità che futuri esperimenti possano confermare o smentire la sua ipotesi della riduzione oggettiva della funzione d'onda.
Quali sono le implicazioni didattiche di questo esperimento per studenti e docenti di fisica?
L'esperimento collega direttamente due aree spesso insegnate separatamente, relatività generale e meccanica quantistica, offrendo un esempio concreto di come i principi classici si applichino a oggetti quantistici. Rappresenta una risorsa preziosa per l'insegnamento della fisica moderna.
Cosa si prevede per i futuri esperimenti con oggetti più massivi come i nanodiamanti?
Il prossimo esperimento userà la stessa tecnica su nanodiamanti, oggetti milioni di volte più massivi degli atomi di rubidio. In questo regime le previsioni della meccanica quantistica standard e quelle della teoria di Penrose potrebbero divergere, fornendo un test decisivo tra le due ipotesi.
