EXCLUSIV O cercetătoare româncă a demontat o teorie din fizica cuantică ce rezista de 30 de ani

DE Răzvan Chiruță | Actualizat: 14.09.2020 - 10:17
Cătălina Curceanu

Cătălina Curceanu, cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare la Laboratori Nazionali di Frascati din Italia, a reușit, împreună cu echipa ei, o performanță uriașă pentru fizica cuantică.

SHARE

Echipa de cercetători conduși de Cătălina Curceanu, de la Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, a reușit să demonteze una dintre cele mai acceptate teorii din fizica cuantică, care „rezista” de 30 de ani. Reușita a fost publicată de prestigioasa revistă de științe Nature Physics și poate fi consultată aici.

Practic, prin experimentele realizate de cercetătoarea româncă, a fost infirmat mecanismul care explica unul dintre „misterele” cuantice. Iar implicațiile sunt majore, inclusiv în modul în care este gândită tehnologia viitorului.

Cătălina Curceanu lucrează în Italia de 25 de ani, dar afirmă că un cercetător nu are granițe, căci cercetarea este universală şi uneşte oamenii din lumea întreagă într-un obiectiv comun.

Newsweeek România a vorbit cu Cătălina Curceanu despre modul cum a reușit această performanță, despre aplicațiile concrete ale descoperirii, dar și despre plecarea ei din România și despre cercetarea românească.

 

Newsweek România: Una dintre cele mai acceptate teorii din fizica cuantică a fost demontată de echipa de cercetători condusă de dumneavoastră. Vă rog să explicați care este reușita dumneavoastră, într-un limbaj care poate fi înțeles și de un om care nu a studiat fizica cuantică. Ce înseamnă concret reușita dumneavoastră?

Cătălina Curceanu: Fizica cuantică este unul dintre pilaştrii fizicii moderne, care are implicaţii practic în toată ştiinţa: de la chimie la biologie până în tehnologia pe care o folosim, care la rândul ei se bazează pe legile cuantice ale naturii.

Fizica cuantică este o teorie care se aplică extrem de bine în lumea particulelor, a atomilor şi a moleculelor, de exemplu – deci lumea miscoscopică.

În lumea macroscopică, însă, maşini, avioane, oameni, stele şi planete, se aplică fizică clasică.

Încă nu ştim dacă pentru obiectele macroscopice legile fizicii cuantice mai sunt valabile sau nu – adică dacă există o graniţă între fizica cuantică şi cea clasică.

Ei bine, modelul lui Roger Penrose, asemănător cu cel al fizicianului maghiar Lajos Diósi, de unde numele modelului, DP, propune un mecanism care explică unul dintre „misterele” cuantice, aşa-numitul colaps al funcţiei de undă, care are legătură inclusiv cu trecerea de la lumea cuantică (unde suprapunerea de stări rămâne un timp îndelungat – până nu se efectuează măsurătoarea) la lumea clasică (în care suprapunerea de stări nu mai există).

Mecanismul DP spune că colapsul funcţiei de undă este legat de gravitaţie (care este unica forţa din natură ce nu a fost încă inclusă în Modelul Standard al fizicii particulelor elementare, deoarece nu există încă o versiune cuantică).

Lucrurile stau în modul următor: un sistem microscopic, să zicem o particulă, se poate afla simultan în două poziţii diverse (suprapunere de stări); teoria relativităţii generale spune că masa, inclusiv cea a unei particule, deformează geometria spaţiului și a timpului.

Rezultă că şi spaţiul-timpul se găsesc în suprapunere de stări – însă cum gravitaţia este o teorie clasică, acesteia „nu îi place” să fie în suprapunere şi rezultatul este că funcţia de undă, obiectul matematic care descrie particulă, colapsează într-una din cele două poziţii. Modul în care acest colaps ar avea loc încă nu este cunoscut, fiind acesta doar un model şi nu o teorie finală.

Ceea ce am verificat noi este o previziune a acestui model, care spune că dacă modelul – în forma cea mai „basic” – este valabil, atunci ar trebui să măsurăm o radiaţie spontană. Colegii teoreticieni au calculat rata acestei radiaţii.

Noi, în măsurătoarea noastră efectuată la laboratorul subteran italian de la Gran Sasso, sub munte, cu un aparat ce se bazează pe un detector de Germaniu ultra-pur, am măsurat o radiaţie mult mai mică decât cea calculată.

În acest sens, am exclus modelul lui Diosi şi Penrose.

Practic, ați infirmat o teorie care rezista de peste 30 de ani în fizica cuantică, făcută cunoscută de matematicianul Roger Penrose, și ați lămurit unul dintre cele mai ciudate principii ale teoriei cuantice: o particulă poate fi în două locuri simultan, dar poate fi văzută doar într-un singur loc.  

Da, cu spuneam mai înainte, am demontat teoria în forma sa cea mai simplă, aşa-numita parameter-free.

Am reuşit acest lucru cu un efort comun efectuat de un grup de cercetători atât teoreticieni, printre care şi Lajos Diósi, împreună cu Angelo Bassi, de la Universitatea din Trieste, şi Sandro Donadi, de la Frankfurt Institute for Advanced Studies, cât şi experimentatori.

Alături de mine, la partea experimentalal şi de analize de date, au participat Matthias Laubestein, de la INFN-LNGS, şi Kristian Piscicchia, de la Centro Ricerche Enrico Fermi.

Am măsurat radiaţia sub forma de raze X şi gama într-un aparat care avea la bază un detector de Germaniu ultra-pur, inconjurat de plumb la rândul lui pur (pentru a absorbi radiaţia din mediul înconjurător).

Am efectuat măsurătoarea la laboratorul de sub muntele de la Gran Sasso, unde razele cosmice – care dau la rândul lor naştere radiaţiei – sunt reduse faţă de un laborator normal de un milion de ori.

Am comparat pe urmă rezultatul găsit cu previziunile teoretice şi, cum numărul de evenimente măsurate era mult mai mic decât cel care ar fi trebuit să existe dacă modelul DP ar fi fost valabil, am exclus acest model (în formă basic).

Cercetările dumneavoastră au vizat și celebra pisică a lui Schrödinger. Practic, ați demonstrat că aceasta nu poate exista în realitate, ci doar ca experiment.

Da, oarecum cercetarea noastră are de-a face cu celebra pisica a lui Schrödinger: acea pisică închisă într-o cutie împreună cu un sistem cuantic care se găseşte într-o suprapunere de stări, pisica vie şi pisică moartă.

Modelul DP încerca să propună o soluţie a acestui paradox şi să demonstreze cum se trece de la o suprapunere de stări la o stare unică (colapsul funcţiei de undă).

Noi am demonstrat că acest model, DP, nu poate fi valabil în formă în care a fost propus iniţial. Deci paradoxul rămâne şi suntem în continuare în căutarea unei soluţii a acestei fascinante probleme.

Care a fost reacția lui Roger Penrose?

Roger Penrose, pe care am placerea să îl cunosc şi cu care am discutat aceste fascinante probleme, este în căutarea unei soluţii mai sofisticate: o legătură între fizica cuantică şi gravitaţie în care radiaţia spontană să nu mai apară.

În prezent, lucrează la acest nou model, în cadrul căruia ar trebui făcut un alt fel de experiment, tocmai datorită faptului că radiaţia spontană nu ar mai fi emisă.

Vom discuta în continuare atât detaliile teoretice cât şi posibilitatea de a efectua noi experimente care să valideze sau nu noul model. Pot doar să vă spun că ideile lui Roger Penrose sunt extrem de originale şi sunt convinsă că noul model va reprezenta o nouă sfidare pentru lumea ştiinţei.

Care sunt aplicațiile viitoare ale descoperirii dumneavoastră?

Există mai multe tipologii de aplicaţii. Prima are de-a face cu detectoarele pe care le folosim, cele de radiaţii, care pot fi folosite şi în alte aplicaţii, în fizica nucleară, precum și în medicina nucleară.

Alte aplicaţii au de-a face cu fizica cuantică şi cu noile tehnologii cuantice: dacă, cum spune modelul DP, fizica cuantică actuală nu este teoria finală, atunci va trebui ţinut cont când construim un calculator cuantic. Sistemul care generează qubiții trebuie să ţină cont de eventuala nouă teorie şi de limitele, dacă există, ale mecanicii cuantice.

Evident tot ceea ce studiem are implicaţii extrem de interesante în Cosmologie şi în orice ramură a ştiinţei: cum funcționează Universul? Dar biologia cuantică? Şi aşa mai departe!

Sunteți în Italia de peste 25 de ani. Cum ați decis să vă mutați în această țară?

La început, cu o bursă de studiu pentru trei luni; pe urmă m-am implicat într-un studiu (mezoni exotici) în cadrul unui experiment efectuat de grupul italian din care făceam parte la CERN, Geneva, şi în alte studii extrem de interesante. Și am rămas în Italia să continui acest gen de cercetări, atât în laboratoare în Italia, precum cel „al meu”, INFN-LNF de la Frascati, unde avem un accelerator de materie-antimaterie la care lucrez, sau la Gran Sasso, cât şi în alte ţări, precum Japonia sau Australia.

Ați declarat că un cercetător nu e limitat doar la o țară, că cercetările sunt universale. Care este mesajul dumneavoastră pentru cercetătorii din România?

Da, aşa este. Cercetarea este universală şi uneşte oamenii din lumea întreagă într-un obiectiv comun: să înţelegem legile fundamentale ale Naturii şi ale Universului. Ce poate fi mai frumos?

Mesajul pentru cercetătorii din România – bună întrebare: să aibă curajul să spună ce gândesc şi să îşi urmeze visele.

Nu este uşor, mai ales atunci când banii la dispoziţie sunt puţini şi când cercetarea nu este văzută ca o prioritate – cel puţin cercetarea fundamentală, acea cercetare care ne arată care sunt legile Universului – legile fizicii! Pe baza acestor legi, însă, am construit TOATĂ tehnica şi tehnologia modernă.

O ţară, inclusiv România, trebuie să înţeleagă că a învesti în cercetare înseamă a învesti în viitor, din multe puncte de vedere.

Conduceți propriul grup de cercetare, din care fac parte 20 de cercetători și ingineri. Ce alte cercetări desfășurați în prezent?

Da, la ora actuală conduc un grup de cercetare foarte activ în domeniul experimentelor de fizică nucleară cu cuarci stranii (strangeness) atât în Italia, la acceleratorul DAFNE, cât şi în Japonia, la J-PARC.

Vrem să măsurăm modul în care particule cu cuarci stranii interacţionează cu materia nucleară în cadrul experimentelor SIDDHARTA-2 şi E57, cu obiectivul de a înţelege forţa nucleară şi eventual de a descoperi ce formă de materie există în inima celor mai fascinante stele: stelele de neutroni.

Pe de altă parte, continuăm cu experimente de studiu al mecanicii cuantive, la laboratorul subteran de la Gran Sasso, dar şi în colaborări internaţionale cu Institute din Australia, SUA şi alte ţări.

Conduc o serie de proiecte la nivel italian, european și international în cadrul cărora dezvoltăm inclusiv interacţiunile cu teoreticienii care lucrează în domeniile mai sus amintite.

Cum vedeți situația cercetării din România și faptul că acest domeniu este mereu lăsat la urmă când vine vorba de finanțare?


Rău! Tocmai pentru că viitorul unei ţări depinde de capacitatea acesteia de a fi la nivel de vârf cu cercetarea – inclusiv cea fundamentală, nu doar aplicată.

Acest lucru ne-ar ajuta să fim  pionieri şi să facem parte din elita celor care au acces la descoperiri care pe urma pot avea inclusiv aplicaţii tehnologice.

În plus, educarea unei noi generaţii prin ştiinţa şi prin demonstrarea importanţei acesteia este fundamentală – oamenii viitorului trebuie să aibă o minte ştiinţifică, chiar dacă sunt artişti, bucătari sau…politicieni.

Doar aşa nu cad pradă şarlatanilor și ideilor false şi dăunătoare.

 

Cristian Presură: Profesorul Penrose pregăteşte acum o versiune îmbunătăţită a teoriei sale

Fizicianul român Cristian Presură a felicitat-o pe cercetătoare pentru reușita sa. 

„Felicitări Cătălina Curceanu pentru articolul din Nature Physics! (...) Ne-a povestit de Roger Penrose, ale cărui idei au fost testate în experiment: este gravitaţia responsabilă de colapsul cuantic?

Dacă da, un cristal de germaniu ar emite adiţional fotoni de raze X şi raze gamma.

Cătălina şi colegii ei au măsurat un astfel de cristal şi au detectat un total de 576 de fotoni, faţă de cei 70.000 prezişi de teorie (numărul de 500 se explică prin radioactivitatea naturală).

Adică l-au contrazis pe profesorul Penrose, care pregăteşte acum o versiune îmbunătăţită a teoriei sale”, a scris Cristian Presură.

Comentarii

Alege abonamentul care ți se potrivește

Print

  • Revista tipărită
  • Acces parțial online
  • Newsletter
Abonează-te

Digital + Print

  • Revista tipărită
  • Acces total online, inclusiv arhivă
  • Newsletter
Abonează-te

Digital

  • Acces total online, inclusiv arhivă
  • Newsletter
  •  
Abonează-te
© 2020 NEWS INTERNATIONAL S.A.
Aici puteti modifica setarile de Cookie -