La velocità della luce è una barriera da sempre considerata insuperabile. Oggi, però, due fisici assicurano di aver spinto i fotoni a velocità superiori. Un dato che andrebbe a violare il punto fermo della teoria della relatività speciale di Einstein che sostiene che nulla, in ogni condizione possibile, può superare la velocità della luce.

Günter Nimtz e Alfons Stahlhofen dell’Università tedesca di Coblenza hanno condotto esperimenti su un fenomeno tipico dell’ottica quatistica detto effetto tunnel per i fotoni che avviene quando una particella scivola attraverso una barriera apparentemente inviolabile. I due sostengono di aver creato questo effetto in maniera istantanea fra due barriere di grandezze variabili fra i pochi millimetri e il metro e di essere arrivati alla conclusione che i fotoni attraversano questi ostacoli a una velocità superiore a quella della luce.

Per riuscire a vedere quale fosse il limite di lunghezza di un tunnel per fotoni, i due ricercatori hanno unito due prismi di vetro per ottenere un cubo di 40 centimetri di lato. Dal momento che il più delle volte i fotoni creano tunnel su distanze paragonabili a quelle della loro lunghezza d’onda, i fisici hanno utilizzato microonde di circa 33 centimetri, una lunghezza alquanto grande per un tunnel ma ancora abbastanza corta da permettere al prisma di curvare la traiettoria dei fotoni.

Come si aspettavano, infatti, le microonde sono apparse dritte all’interno del cubo e, quando i due prismi sono stati separati, venivano riflesse dal primo prisma. Eppure, in totale accordo con la fase teorica, alcuni fotoni hanno creato un tunnel nella distanza che intercorreva fra i due prismi in maniera del tutto simile a quando i due prismi erano ancora uniti.

La cosa più stupefacente per Nimtz e Stahlhofen è stata che sia le microonde riflesse dal primo prisma che i fotoni che hanno creato il tunnel fino al secondo prisma sono arrivati al traguardo dei loro rispettivi rivelatori fotografici nel medesimo istante. Un evento che suggerisce un transito ultraveloce fra i due prismi, così rapido che i due scienziati non sono riusciti a misurarlo. Inoltre, i due fisici hanno notato che il tempo di transito dei fotoni nel tunnel non variava al variare della distanza fra i due prismi. Ma poiché l’efficienza del tunnel diminuisce all’aumentare della distanza, Nimtz ammette di non aver notato più il fenomeno a distanze superiori al metro.

“Per quanto ne so – rivela Nimtz –  al momento questa è l’unica violazione della teoria della relatività speciale di cui sono a conoscenza”.

Come si può spiegare tutto questo? Il principio di indeterminazione di Heisenberg si fonda sull’impossibilità di conoscere allo stesso tempo l’energia e la posizione di una particella con assoluta precisione. Significa che le particelle possono anche passare da una parte all’altra di una barriera se il tempo di attraversamento è abbastanza breve. Per quanto possa sembrare bizzarro, l’effetto tunnel è un fenomeno alquanto comune nel mondo quantistico e in più sta alla base di molti fenomeni che diamo per scontati.

“Secondo me – dichiara ancora Nimtz – l’effetto tunnel è il processo fisico più importante che esista perché è riscontrabile nella radioattività e nella fusione nucleare. La temperatura del Sole non è alta abbastanza per provocare la fusione dei protoni in elio senza effetto tunnel. Inoltre alcuni cosmologi credono che il big bang si sia generato proprio a causa dell’effetto tunnel e recentemente molti biologi hanno suggerito che l’effetto tunnel è alla base di tanti fenomeni biologici e neurologici”.

Aephraim Steinberg, esperto di ottica quantistica dell’Università di Toronto, Canada, non invalida i risultati di Nimtz e Stahlhofen, ma ritiene che Einstein possa dormire sonni tranquilli perché i fotoni non violerebbero la legge della relatività. Sarebbe solo una questione di interpretazione. 

Per spiegare la sua idea fa ricorso a un’analogia. Se si prende un treno di venti vagoni che va da Chicago a New York, si fa partire il cronometro dal centro dell’intero bastimento. Ma a ogni fermata il treno perde qualche vagone cosicché quando arriva a New York consta di solo due vagoni. A questo punto il centro del treno è avanzato, ma ciò non significa che il treno ha superato la velocità riportata.

“Se sei alle due stazioni – osserva Steinberg – ti sembra che il treno abbia violato i limiti di velocità, ma in realtà tu vedi arrivare solo la locomotiva. Così i loro fotoni sono partiti in testa, ma non significa che siano andati più veloci”.