Problematiche Aperte della Meccanica Quantistica

Il progetto PAMQ è incentrato su verifiche sperimentali di altissima sensibilità del:

  1. Principio di Esclusione di Pauli (PEP) per gli elettroni.
  2. Collasso della funzione d’onda.

1) L’esperimento VIP-2 comprende due filoni di ricerca complementari, ciascuno caratterizzato da un set di esperimenti dedicati:

1.1) VIP-2 Open Systems: rappresenta il test più sensibile della validità del Principio di Esclusione di Pauli (PEP) per elettroni nel contesto delle Local Quantum Field Theories. Queste teorie sono vincolate dalla regola di superselezione di Messiah-Greenberg (MG), che vieta la transizione fra stati di simmetria diversa e possono essere testate soltanto in sistemi aperti, condizione realizzata in VIP-2 introducendo elettroni nuovi in un sistema di elettroni preesistente e testando lo stato di simmetria risultante. I setup sperimentali utilizzati sono caratterizzati da: a) target di rame elettrolitico e rivelatori Silicon Drift Detectors b) target di piombo Romano di estrema radio-purezza e rivelatori High Purity Germanium Detectors. Entrambe le misure sono effettuate presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (INFN) dove il flusso di raggi cosmici è ridotto di circa sei ordini di grandezza, ambiente ideale per misure di processi dal rate estremamente basso. Gli esperimenti hanno stabilito i migliori limiti superiori sulla probabilità di violazione di PEP per i modelli suddetti.

1.2) VIP-2 Closed Systems: una larga classe di Quantum Gravity models prevede violazione di PEP alla scala di non-commutatività degli operatori spazio-temporali. Tali modelli violano MG e possono essere quindi testati in sistemi chiusi. Stiamo realizzando un nuovo setup, basato su rivelatori Broad Energy Germanium, che con un guadagno di quattro ordini di grandezza sul nostro limite attuale ci renderà sensibili a questa scala di energia, permettendo di verificare un eventuale segnale, oppure di falsificare i modelli.

2) Test dei modelli di collasso: il Continuous Spontaneous Localization (CSL) ed il Diosi-Penrose (DP) prevedono modifiche non-lineari e stocastiche alla equazione di Shrödinger, che inducono il collasso della funzione d'onda in maniera proporzionale alla massa del sistema quantistico. Entrambi i modelli prevedono "emissione spontanea" di radiazione connessa al collasso, non presente in meccanica quantistica standard. Abbiamo recentemente falsificato, il modello di DP (collasso indotto dalla gravità) tale lavoro è stato
pubblicato in Nature Physics. Sul modello CSL abbiamo posto il limite più forte al mondo in un ampio range dello spazio dei parametri. Un nuovo studio è in corso per raggiungere il limite ultimo predetto per il tasso di radiazione spontanea del CSL.

La figura mostra: pannello a) in alto – schema dell’esperimento VIP-2 rame, nella camera da vuoto sono riconoscibili il target, i rivelatori Silicon Drift Detectors, il sistema di raffreddamento ed il sistema di veto. Pannello a) in basso – fit dello spettro misurato di radiazione X e corrispondenti residui, nella regione di interesse per la ricerca di eventuali transizioni Kα PEP violanti in rame (la posizione predetta per la riga violante è indicata dalla freccia rossa). Pannello b) in alto – Spettro di radiazione misurato con rivelatore High Purity Germanium; le righe del 60Co sono evidenziate nell’inset in verde, la regione di interesse (ROI) per l’emissione di radiazione spontanea, da collasso indotto gravitazionalmente, è indicata in grigio. Pannello b) in basso – rappresentazione delle componenti interne dell’apparato sperimentale: 1 – Ge crystal, 2 – Electric contact, 3 – Plastic insulator, 4 – Copper cup, 5 – Copper end-cup, 6 – Copper block and plate, 7 – Inner Copper shield, 8 – Lead shield.

Pubblicazioni:

Referente Progetto:

Kristian Piscicchia