Gli stati magici delle particelle trovati nell'acceleratore più grande del mondo

Gli effetti quantistici sono comuni negli acceleratori di particelle, ma la magia non è mai stata osservata - fino ad ora. Due ricercatori hanno trovato prove dei cosiddetti stati magici nei dati dell'acceleratore più potente, l'LHC vicino a Ginevra. Si tratta di fenomeni quantistici che non possono essere simulati con i normali computer. Questo concetto di informatica quantistica potrebbe svolgere un ruolo importante nel percorso verso la realizzazione di computer quantistici con tolleranza ai guasti.

I due fisici Christopher e Martin White - fratelli gemelli, il primo dei quali svolge attività di ricerca presso l'Università di Londra in Inghilterra e il secondo presso l'Università di Adelaide in Australia - scrivono sulla rivista "Physical Review D", hanno voluto scoprire se questi stati quantistici magici si verificano anche negli esperimenti con acceleratore. In particolare, hanno studiato la produzione di quark superiori, le particelle fondamentali più pesanti. "La natura produce quark superiori magici e, se no, perché?", si chiedono. La risposta a questa domanda potrebbe aiutare a utilizzare la magia nei sistemi quantistici naturali. Ciò potrebbe rivelare nuovi tipi di esperimenti in grado di fornire una migliore comprensione del complicato e relativamente poco studiato fenomeno dell'informazione quantistica.

Normalmente, la fisica quantistica si occupa principalmente di effetti noti da tempo come l'entanglement o la sovrapposizione di oggetti quantistici. La magia ha attirato l'attenzione per la prima volta in relazione ai computer quantistici, in particolare grazie a una pubblicazione del settembre 2024, in cui è stato coinvolto anche Christopher White. L'idea alla base è la seguente: per ottenere computer quantistici veramente potenti, non è sufficiente portare le unità di calcolo in stati sovrapposti ed entangled. Affinché i dispositivi siano superiori ai computer convenzionali nei loro calcoli, sono necessarie ulteriori proprietà quantistiche che garantiscano, ad esempio, una minore suscettibilità agli errori. Tali proprietà sono dette magiche. Al contrario, più un sistema fisico è magico, più è difficile da simulare con un computer convenzionale. La scelta dei termini può sembrare poco scientifica, ma da un punto di vista matematico, la magia può essere riassunta in formule concrete.

Questo è ciò che hanno fatto i fratelli White, cercando le collisioni di particelle in cui possono essere rilevati stati magici negli esperimenti LHC in cui sono stati creati i quark superiori. Infatti, la magia è scomparsa proprio quando l'entanglement è diventato massimo o minimo durante la produzione e il decadimento dei quark superiori. I due ricercatori sperano ora che il fenomeno possa essere sfruttato in vari modi nella fisica. Ad esempio, i dati dell'acceleratore potrebbero essere utilizzati per cercare effetti al di là del modello standard se le diverse teorie fanno previsioni diverse sulla magia. Se l'informatica quantistica e la fisica delle particelle possono essere studiate utilizzando i metodi dell'altro campo, ciò potrebbe portare a intuizioni completamente nuove.

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