L’effetto tunnel quantistico macroscopico, la scoperta del Nobel per la Fisica 2025: cos’è e perché è importante
Il Nobel per la Fisica 2025 è stato assegnato oggi, 7 ottobre, agli scienziati John Clarke, Michel Devoret and John Martinis per la scoperta dell’effetto tunnel quantistico macroscopico e della quantizzazione dell’energia in un circuito elettrico, avanzamenti cruciali nella comprensione delle dimensioni massime di un sistema in cui si concretizzano le proprietà della meccanica quantistica.
Questa scoperta ha offerto l’opportunità di sviluppare una nuova generazione di tecnologie quantistiche, tra cui la crittografia quantistica, i computer quantistici e i sensori quantistici, influenzando significativamente campi come l’elettronica e l’informatica quantistica.
Grazie ai loro esperimenti, i vincitori del Nobel hanno dimostrato che le bizzarre proprietà della meccanica quantistica possono concretizzarsi non solo su singole particelle ma anche in sistemi abbastanza grandi da poter essere tenuti in mano.
La scoperta dell’effetto tunnel quantistico macroscopico
L’effetto tunnel in meccanica quantistica esprime la capacità di singole particelle di attraversare una barriera mediante un percorso non ammissibile dalla meccanica classica. Questo passaggio a uno stato non consentito dalla meccanica classica è stato teorizzato su singole particelle negli anni ’20 del Novecento e utilizzato nel 1928 dal fisico ucraino George Gamow per spiegare il decadimento alfa (un tipo di decadimento radioattivo).
Questo stesso fenomeno può essere osservato anche in sistemi che consistono in un gran numero di particelle, come scoperto dai vincitori del Nobel per la Fisica 2025, Clarke, Devoret e Martinis.
In questi sistemi macroscopici, come un circuito elettrico in cui due superconduttori – componenti in grado di condurre corrente senza resistenza elettrica – sono separati da un sottile strato di materiale che non conduce alcuna corrente, le particelle cariche del superconduttore si comportano all’unisono, come se fossero un’unica particella che riempie l’intero circuito.
“Questo sistema particellare è intrappolato in uno stato in cui la corrente scorre senza alcuna tensione, uno stato dal quale non ha abbastanza energia per uscire – ricorda l’Accademia Reale Svedese delle Scienze che ha premiato la scoperta con il Nobel – . Senza gli effetti della meccanica quantistica, questo stato rimarrebbe invariato. Tuttavia, il sistema genera una tensione elettrica, utilizzando l’effetto tunnel per uscire dallo stato di tensione zero”.
Chi sono Clarke, Devoret e Martinis, i vincitori del Nobel per la Fisica 2025
Il fisico britannico John Clarke, il francese Michel Devoret e lo statunitense John Martinis sono i tre vincitori del Nobel per la Fisica 2025, premiati per il loro contributo fondamentale alla comprensione dei processi quantistici in sistemi macroscopici, tra le manifestazioni più sorprendenti della natura quantistica della materia.
Con i loro esperimenti, condotti tra il 1984 e il 1985 presso l’Università della California a Berkley, i tre scienziati hanno dimostrato che le proprietà del mondo quantistico possono essere concretizzate anche in sistemi che consistono in un grande numero di particelle, come un circuito elettrico costituito da superconduttori.
John Clarke entrò all’Università della California a Berkeley nel 1969, dove iniziò a lavorare sulle giunzioni superconduttrici e sulle loro applicazioni, come la magnetometria ad alta sensibilità e bolometria. Insieme al suo dottorando senior, John Martinis, e al post-doc, Michel Devoret del Centre d’Etudes Nucleaires de Saclay, in Francia, i tre fisici hanno confermato l’esistenza del tunneling quantistico macroscopico oltre ogni ragionevole dubbio.
Oltre al questa dimostrazione, i vincitori del Nobel per la Fisica 2025 sono stati anche in grado di dimostrare l’esistenza di livelli di energia quantizzati, il che implica che questo tipo di sistema particellare assorbe o emette energia solo in quantità specifiche.
