Dal 7 dicembre 2023 al 15 giugno 2024 è aperta al pubblico la nuova mostra a cura dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Quanto. La rivoluzione in un salto, ospitata al MUSE – Museo delle Scienze di Trento e dedicata ad avvicinare il grande pubblico e le scuole alla meccanica quantistica, teoria che rappresenta una grande rivoluzione sia nel pensiero scientifico sia nella nostra visione della realtà e dell’universo di cui facciamo parte.

La mostra accompagna visitatrici e visitatori nel racconto della meccanica quantistica e della rivoluzione che essa ha portato nel pensiero scientifico, nella cultura e nello sviluppo tecnologico, articolandosi in cinque tappe che dall’universo classico dell’800 sfociano in un universo difficile da immaginare, riletto sotto la lente della nuova teoria. Introduce la mostra il mondo macroscopico descritto da Newton e Galileo con la presentazione dei protagonisti del racconto, i corpi e la luce, che ben distinti nella prima parte del percorso divengono concetti sempre più sfumati l’uno nell’altro quando ci si addentra nel microscopico mondo degli atomi, delle idee fondanti della meccanica quantistica e delle sue straordinarie conquiste, dal transistor al computer quantistico. Ultima tappa della mostra, il cosmo è il grande protagonista della trasformazione della nostra visione della realtà fisica, laddove la meccanica quantistica domina il vuoto e rende conto della nascita stessa dell’universo.

Scenografiche proiezioni e installazioni multimediali interattive e immersive avvicinano il pubblico ai concetti chiave e alle idee su cui si fonda la meccanica quantistica, rivelando una realtà controintuitiva, molto lontana da quella che osserviamo e tuttavia molto presente nella nostra quotidianità. Il percorso storico della ricerca scientifica e le ripercussioni sulla società accompagnano l’intero percorso della mostra, grazie a testi, video, proiezioni e installazioni, e strumenti della ricerca scientifica storici e d’avanguardia, in un’atmosfera che evoca il superamento del confine di che cosa è possibile e impossibile, reale e non reale. Un cammino che va dalla separazione tra i macro e i microcosmi a una nuova visione dell’universo che porta con sé la possibilità di spingere la ricerca scientifica e tecnologica oltre i confini imposti da questa netta separazione.

Il percorso espositivo

Macrocosmi

La prima tappa è dedicata al mondo macroscopico descritto dalla fisica classica di Galileo Newton e Maxwell, considerata alla fine dell’Ottocento come la perfetta descrizione della realtà fisica. La sezione apre con una grande proiezione dedicata alla fisica classica, dei corpi e della luce: la fisica che sa descrivere alla perfezione tutto ciò che è confrontabile con le nostre dimensioni, della Terra e dei sistemi planetari, ma anche i fenomeni elettrici e magnetici e la luce. Proprio la descrizione della luce lascia però aperta una domanda: dove nasce la luce?

Microcosmi

La seconda tappa è dedicata al mondo microscopico. Ci si addentra nell’atomo dove la teoria classica entra in crisi ed emerge la necessità di una nuova visione del mondo fisico lontana da quella classica: nasce l’idea del quanto di luce e del salto quantico. Gli esperimenti di interazione tra luce e materia, a inizio ‘900, mettono sotto la lente dei fisici la natura corpuscolare della luce: i quanti entrano di diritto nel vocabolario dei fisici e la luce è per tutti composta da “fotoni”, i quanti di luce appunto. L’atomo, immaginato dapprima come un piccolo sistema planetario con gli elettroni a qualunque distanza dal nucleo, si rivela invece un oggetto discontinuo, nel quale i salti degli elettroni, sono la causa dell’emissione di luce dalla materia. La discontinuità si fa strada nella descrizione dei fenomeni fisici e ci lascia con una seconda domanda: qual è la natura della luce e della materia, di onda o particella?

Quanti

La terza tappa è il cuore della mostra, è qui che il pubblico può sperimentare, attraverso le installazioni interattive, le idee fondanti della meccanica quantistica: il dualismo onda-corpuscolo e i principi di sovrapposizione e di indeterminazione. A livello microscopico i corpi e la luce non appartengono più a mondi separati, ma si confondono nel mondo quantistico, un territorio nuovo, imprevedibile e del tutto controintuitivo. Una volta affermata la natura di onda e particella della luce, la fisica ha bisogno di una nuova descrizione per il mondo microscopico. Non più corpi e onde descritti separatamente, ma “quanti” una nuova entità che include entrambi. La meccanica quantistica descrive il mondo come incerto e probabilistico, fatto di realtà sovrapposte e proprietà indeterminate. Tanto difficile da accettare anche per i suoi stessi pionieri, porta con sé una domanda profonda: che cos’è la realtà?

Paradossi

Questa tappa attraversa e supera il Novecento, raccontando il dibattito tra i grandi fisici Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrödinger e Werner Heisenberg e le conseguenze a cui ha portato nella ricerca scientifica e nella società. Sintesi di questo dibattito, esperimenti pionieristici dagli anni Settanta ci traghettano nel nuovo millennio, fino al Nobel per la fisica del 2022, aprendo la strada alle tecnologie quantistiche, dalla crittografia ai computer quantistici. Come può la realtà esistere in stati sovrapposti, essere descritta in termini probabilistici ed essere reale solo dopo essere stata misurata? Per Einstein non è accettabile l’idea che le proprietà delle particelle non siano reali prima della misura, come sembrerebbe invece emergere dall’interpretazione di Bohr. Anche l’idea che la realtà sia probabilistica sembra difficile da digerire. Ma sono proprio la probabilità e l’incertezza intrinseca del mondo quantistico che racchiudono inimmaginabili possibilità di avanzamenti nella conoscenza e nella tecnologia, che sfruttano e controllano proprio il bizzarro comportamento quantistico.

La domanda che ci porta all’ultima tappa della mostra chiude un cerchio e ci riporta al macrocosmo: se la meccanica quantistica si è rivelata una corretta e completa descrizione della realtà, che cosa dire dell’universo?  quanto è quantistico il cosmo?

Cosmo

La mostra si conclude con la tappa dedicata al cosmo, alle manifestazioni macroscopiche della meccanica quantistica e alla nuova spiazzante concezione dell’universo, dove tutto è quantistico. Esperimenti del passato e attuali, dei quali l’INFN è protagonista nell’ambito di collaborazioni internazionali, ci portano sempre più vicino a quel momento iniziale, il Big Bang, in cui la distinzione tra macroscopico e microscopico non ha motivo di esistere.

La meccanica quantistica è a tutt’oggi il motore primario di fenomeni da cui dipende la nostra stessa esistenza, come la fusione termonucleare nelle stelle. Ma il ruolo della meccanica quantistica nel cosmo riguarda innanzitutto l’origine, il Big Bang, quando le dimensioni dell’universo erano di gran lunga inferiori a quelle di un atomo e di atomo ancora non si parlava, ma solo di energia e di quanti. Protagonista di quell’attimo indecifrabile è il vuoto quantistico, la cui fluttuazione originaria avrebbe dato luogo al Big Bang. Conoscere la natura di oggetti estremi come i buchi neri potrebbe aiutarci a comprendere dove la meccanica quantistica incontra la gravità che domina il macrocosmo.

La mostra Quanto. La rivoluzione in un salto è realizzata da INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e MUSE – Museo delle Scienze, a cura di Francesca Scianitti (INFN) e Cecilia Collà Ruvolo (INFN). Il progetto allestitivo è a cura di Dotdotdot, mentre il progetto grafico è a cura di Federica Grigoletto. Le installazioni multimediali a cura di Dotdotdot per “Effetto fotoelettrico”, “Dualismi”, “Sovrapposizioni”, “Doppia Fenditura”, “Buco Nero”,  e camerAnebbia per “Dal Sole all’atomo” e “Messaggi nascosti”.