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IL TELETRASPORTO QUANTISTICO Il fantascientifico sogno di «proiettare» oggetti da un luogo •• -kin tc,,,,„ DtkAo... -squPie NTROpIy all'altro è ora una realtà, almeno per particelle di luce •, . EEITTRON4 Df03EREp,, di Anton Zeilinger •°RE. ESPIAN' er lo spettatore di film e telefilm G. Kwiat ed Aephraim M. Steinberg in colta sono superate da un prodigioso di fantascienza, la scena è fa- «Le Scienze» n. 302, ottobre 1993). Si «compensatore di Heisenberg».) P miliare: una speciale cabina dice che Gene Roddenberry, il creatore Nel 1993, smentendo molte opinioni accoglie un gruppo di coraggiosi esplo- della serie Star Trek, abbia immaginato consolidate, un gruppo di fisici - Char- ratori. Tra lampeggiamenti e ronzii, i il «fascio teletrasportatore» per rispar- les H. Bennett dell'IBM, Gilles Bras- nostri eroi scompaiono in un bagliore miare sulle spese di produzione delle sard, Claude Crépeau e Richard Josza accecante per riapparire sulla superfi- scene di atterraggio e decollo. dell'Università di Montreal, Asher Pe- cie di un pianeta lontano. È il sogno Nella fantascienza la procedura di res del Technion di Haifa e William K. del teletrasporto: la possibilità di tra- teletrasporto varia da storia a storia, Wootters del Williams College - ha sco- sferirsi da un luogo a un altro senza ma in genere si svolge come segue: un perto un modo per sfruttare la stessa dover percorrere i tediosi chilometri in- dispositivo compie una scansione del- meccanica quantistica ai fini del teletra- termedi, senza utilizzare alcun veicolo l'oggetto originale per estrarre le infor- sporto. Essi hanno trovato che l' «ac- e senza sorbirsi ciò che le compagnie mazioni necessarie a descriverlo; un coppiamento» (entanglement è il termi- aeree vorrebbero farvi credere che sia trasmettitore trasferisce le informazioni ne inglese, che non trova una precisa un pranzo. Sebbene per gli oggetti ma- a una stazione ricevente, dove l'infor- corrispondenza in italiano, nell'accezio- croscopici resti per ora una fantasia, il mazione si usa per ottenere una replica ne relativa a questo fenomeno), una teletrasporto quantistico è divenuto esatta dell'originale. In alcuni casi, la fondamentale caratteristica della mec- una realtà sperimentale per i fotoni, le materia che compone l'originale è an- canica quantistica, può essere utilizzato particelle di luce. ch'essa trasferita alla stazione ricevente, per evitare le limitazioni imposte dal Il teletrasporto sfrutta alcuni pecu- sotto forma di energia di qualche tipo; principio di Heisenberg senza violarlo. liari aspetti della meccanica quantisti- in altri casi la replica usa atomi e mole- ca, la teoria fisica formulata nei primi cole già presenti nel luogo di arrivo. L'«accoppiamento» decenni del Novecento per spiegare i Secondo la meccanica quantistica, processi che hanno luogo a livello ato- un simile teletrasporto è impossibile an- È l'anno 2100. Un vostro amico, che mico. Fin dall'inizio, i fisici teorici ca- che in linea teorica: il principio d'inde- si diletta di fisica e di giochi di presti- pirono che la fisica quantistica descrive terminazione di Heisenberg sancisce gio, ha con sé una serie di coppie di da- una serie di fenomeni del tutto nuovi, l'impossibilità di conoscere nello stesso di e vi invita a giocare, pregandovi di alcuni addirittura contrari al senso co- momento con precisione arbitraria la lanciare una coppia di dadi per volta. mune. Negli ultimi decenni, il progres- posizione e la velocità di una particella. Al primo lancio escono due 3; con la so tecnologico ha permesso di condur- Poiché una perfetta scansione dell'og- coppia successiva ottenete due 6; con re molti esperimenti che non solo veri- getto da teletrasportare implica la co- l'ultima due 1: evidentemente le facce ficano aspetti fondamentali e talvolta noscenza senza incertezze della posizio- dei due dadi corrispondono sempre. bizzarri della meccanica quantistica, ne e della velocità di ciascun atomo e di I dadi del vostro amico si comporta- ma ne applicano le regole per ottenere ciascun elettrone, il teletrasporto è im- no come particelle quantistiche accop- risultati prima inconcepibili, come nel possibile. Il principio di Heisenberg si piate: ciascun dado è normale e forni- caso del teletrasporto quantistico. applica anche ad altre coppie di gran- sce un risultato casuale, ma il suo com- Nelle storie di fantascienza, il teletra- dezze ed esprime l'impossibilità di mi- pagno accoppiato, in qualche modo, sporto permette viaggi che non solo ri- surare senza errore lo stato quantico di mostra sempre la faccia corrisponden- sultano più comodi rispetto a un veico- un oggetto. (In Star Trek queste diffi- te. Un simile comportamento è stato lo spaziale ordinario, ma violano pale- semente i limiti di velocità imposti dalla teoria della relatività, secondo la quale Alcuni viaggiatori arrivano al terminal di teletrasporto della Grand Centrai Station. nulla può viaggiare più rapidamente Sebbene il teletrasporto di oggetti macroscopici, per non parlare addirittura di esseri della luce (si veda l'articolo Più veloce viventi, sia destinato a rimanere una fantasia senza speranze di realizzazione, il tele- della luce? di Raymond Y. Chiao, Paul trasporto di stati quantici elementari è già stato realizzato. 34 LE SCIENZE 382/giugno 2000 a IL CRISTALLO SEPARA LA LUCE POLARIZZATA LUCE NON POLARIZZATA LUCE POLARIZZATA VERTICALMENTE DA DIAGONALMENTE QUELLA POLARIZZATA ORIZZONTALMENTE ' 23 FASCIO LASER CRISTALLO DI CALCITE FILTRO POLARIZZATORE "352 TOW VERTICALE La luce non polarizzata consiste di fotoni polarizzati in tutte le di- togonalmente. Ad angoli intermedi, si ha una sovrapposizione rezioni (a). Nella luce polarizzata le oscillazioni del campo elettri- quantistica: ciascun fotone può essere rivelato in un fascio o nel- co dei fotoni (frecce) sono allineate. Un cristallo di calcite (b) se- l'altro, con una probabilità che dipende dall'angolo. La polariz- para un fascio di luce in due parti, inviando in una i fotoni pola- zazione di un fotone non può essere determinata con certezza: nel rizzati parallelamente al suo asse, e nell'altra quelli polarizzati or- processo di misura si può parlare solo in termini probabilistici. studiato a lungo e verificato sperimen- il fotone di Bruno sarà polarizzato o- il misterioso effetto della misurazione Coppie di fotoni vengono create quando un fascio laser attraversa un cristallo, come il quale stato si trovi il fotone X, vuole talmente per l'accoppiamento di parti- rizzontalmente. Prima che Anna com- di Anna sulla particella di Bruno. Negli beta borato di bario. 11 cristallo converte un fotone ultravioletto in due fotoni di energia che Bruno abbia un fotone con la stes- celle. Negli esperimenti, al posto dei da- pia la misurazione, i due fotoni non anni sessanta, tuttavia, il fisico irlande- più bassa, l'uno polarizzato verticalmente (sul cono rosso) e l'altro polarizzato orizzon- sa polarizzazione. Si badi che Anna di si usano coppie di atomi, di ioni o di hanno polarizzazione propria: l'accop- se John Bell dimostrò un teorema se- talmente (sul cono blu). I fotoni che viaggiano lungo l'intersezione dei coni (in verde), non può semplicemente misurare la fotoni, mentre le facce dei dadi sono piamento impone solo che le due misu- condo il quale questa spiegazione delle non hanno una polarizzazione definita, ma le loro polarizzazioni sono complementari, polarizzazione del fotone e comunicare sostituite dagli stati di polarizzazione re siano identiche. «variabili nascoste» avrebbe prodotto, e perciò accoppiate. (I colori nell'immagine non rappresentano colori della luce.) il risultato, poiché, sempre per il prin- delle particelle. La luce, e i fotoni, sono Il lato sorprendente di questo pro- in certe situazioni, risultati differenti cipio d'indeterminazione, la misura, in oscillazioni del campo elettromagneti- cesso è che non dipende dalla distanza da quelli previsti dalla meccanica quan- generale, non riprodurrebbe con esat- co: la polarizzazione riguarda l'allinea- tra Anna e Bruno. Anche se l'una fosse tistica standard. Successivi esperimenti le» azione a distanza. Se infatti si tenta Far funzionare tezza lo stato originario del fotone. mento delle oscillazioni del campo elet- su Alfa Centauri e l'altro sulla Terra, i hanno confermato con grande preci- di spiegare i risultati in termini di se- i fotoni accoppiati Per teletrasportare il fotone X, Anna trico (si veda l'illustrazione qui sopra). loro risultati continuerebbero ad anda- sione la validità delle predizioni della gnali che si propagano tra i fotoni, tali lo misura in relazione al fotone A, sen- Si considerino due fotoni con stati di re d'accordo fino a che l'accoppiamen- meccanica quantistica. segnali sarebbero più veloci della luce. Anna e Bruno intendono teletra- za determinarne le singole polarizza- polarizzazione accoppiati, casuali ma to dei loro fotoni venisse conservato. È Erwin Schródinger, uno dei padri Purtroppo, alcune leggi quantistiche sportare un fotone. Nella fase di pre- zioni; può trovare, per esempio, che es- identici; il primo è consegnato ad An- come se il fotone di Bruno fosse magi- della meccanica quantistica, definì l'ac- impediscono una simile trasmissione. parazione, si dividono una coppia di se sono «perpendicolari» l'una all'al- na, il secondo a Bruno. Quando Anna camente influenzato dalla misurazione coppiamento la «caratteristica essen- Ogni misurazione locale su un fotone, fotoni ausiliari accoppiati: Anna pren- tra, senza conoscerle in termini assolu- esegue una misurazione sul suo fotone di Anna, e viceversa. ziale della meccanica quantistica»: una considerato isolatamente, produce un de il fotone A e Bruno il fotone B. In- ti. In linguaggio tecnico, una misura- per sapere se è polarizzato orizzontal- Una possibile spiegazione dell'ac- caratteristica spesso indicata come «ef- risultato casuale: non vi è alcun trasfe- vece di compiere una misurazione su di zione congiunta di questo tipo è chia- mente o verticalmente, ciascuno dei coppiamento è che ciascuna particella fetto EPR» dalle iniziali di Albert Ein- rimento d'informazione. Tutto ciò che essi, ciascuno conserva il suo fotone mata misurazione dello stato di Behl e due risultati è egualmente probabile. porti con sé alcune «istruzioni registra- stein, Boris Podolski e Nathan Roseo, si apprende è la probabilità di avere un badando a non disturbare il delicato ha un effetto particolare: induce un La misurazione sul fotone di Bruno ha te». Si può immaginare, infatti, che nel che nel 1935 ne analizzarono le conse- certo risultato della misurazione distan- stato accoppiato (si veda l'illustrazione cambiamento nel fotone di Bruno, cor- le stesse probabilità, ma l'accoppia- processo di accoppiamento venga sin- guenze su particelle poste a grandi di- te. Tuttavia, aguzzando l'ingegno, è in alto a pagina 38). relandolo con una combinazione del mento garantisce un risultato uguale a cronizzato qualche meccanismo nasco- stanze. (Le particelle coinvolte sono possibile indurre l'accoppiamento a Anna è in possesso di un terzo foto- risultato della misurazione e dello stato quello di Anna: non appena lei ottiene, sto che determina i risultati delle misu- dette «coppie EPR».) Einstein parlava funzionare in modo da produrre il tele- ne - chiamiamolo X - che intende tele- che il fotone X aveva originariamente. poniamo, «orizzontale», sa che anche razioni successive: ciò giustificherebbe dell'effetto EPR come di una «temibi- trasporto quantistico. trasportare a Bruno: senza sapere in Ora il fotone di Bruno si trova nello PREPARATIVI PER IL TELETRASPORTO QUANTISTICO... ...UNA MISURAZIONE QUANTISTICA... Il teletrasporto quantistico di una persona (impossibile in prati- una uguale massa di materiale ausiliario (in verde). Quest'ultimo è Una misurazione congiunta effettuata sulla materia ausiliaria e cativi): due bit per ogni stato elementare. Mediante una «azione a ca, ma significativo come esempio) comincerebbe quando l'indi- stato in precedenza accoppiato quantisticamente con la sua con- sul viaggiatore (a sinistra) li muta entrambi in uno stato quantico distanza», la misurazione altera istantaneamente lo stato quanti- viduo entra in una camera di misurazione (a sinistra), affiancata da troparte, che si trova presso la stazione ricevente (a destra). casuale e produce una enorme quantità di dati casuali (ma signifi- co della controparte lontana di materia (a destra). CONTINUA>> 36 LE SCIENZE 382/ giugno 2000 LE SCIENZE 382/ giugno 2000 37 stesso stato del fotone X, in modo e- teletrasporto quantistico L'esperimento di Innsbruck comincia con satto o alterato in maniera semplice. ideale si basa sul fatto che An- un breve impulso laser ultravioletto. Pro- Per completare il teletrasporto, An- Alloll.a.AnnnnooP@eoolplltuluzotei na - il mittente - e Bruno - il RIVELATORE pagandosi da sinistra a destra in un cri- na deve spedire a Bruno un messaggio Re. &aie destinatario - si spartiscono stallo, tale impulso produce i fotoni ac- con metodi convenzionali (una telefo- IlMsoeitlgoawg gniear.o.? una coppia di particelle accoppiati A e B, che viaggiano verso Anna nata o un appunto scritto). Dopo aver coppiate A e B (in verde). An- e verso Bruno, rispettivamente. Riflesso ricevuto questo messaggio, Bruno può, na possiede una particella X SEPARATORE DI FASCIO nuovamente attraverso il cristallo, l'im- se necessario, trasformare il suo fotone che si trova in uno stato quan- MESSAGGIO pulso crea una nuova coppia di fotoni, C B in modo da renderlo una replica e- tico sconosciuto (in blu). An- POLARIZZATORE CLASSICO: e D. Un polarizzatore prepara il fotone D satta del fotone X originale. La trasfor- na effettua una misurazione «ENTRAMBI in uno specifico stato X. Il fotone C è rive- mazione che Bruno deve applicare di- dello stato di Ben sulle parti- •n I ARTIVTEIVLAATTI»ORI lato, confermando che il fotone X è stato pende dal risultato della misurazione celle A e X, producendo uno SPECCHIO inviato ad Anna, che combina i fotoni A e di Anna. Ci sono quattro possibilità, di quattro possibili risultati, IMPULSO UV X con un separatore di fascio (si veda l'il- corrispondenti ad altrettante relazioni che comunica a Bruno con lustrazione nella pagina seguente). Se quantistiche tra i fotoni A e X. Una ti- mezzi convenzionali. A secon- SORGENTE Anna rivela un fotone in ciascun rivelato- pica trasformazione è la rotazione di da del risultato di Anna, Bru- DI PARTICELLE re (circostanza che si verifica nel 25 per ACCOPPIATE 90 gradi della direzione di polarizza- no lascia la sua particella inal- cento dei casi), lo comunica a Bruno, il zione del fotone B, attuabile facendolo terata (1) o la ruota (2, 3, 4). SEPARATORE quale usa un separatore di fascio polariz- passare attraverso un cristallo con op- SORGENTE In entrambi i casi costruisce DI FASCIO zatore per verificare che il suo fotone ab- DI PARTICELLE portune proprietà ottiche. ACCOPPIATE una perfetta replica della par- POLARIZZATORE bia acquisito la polarizzazione di X, di- Quale dei quattro possibili risultati ticella X originale. mostrando il successo del teletrasporto. Anna ottenga è frutto del caso e non dipende dallo stato originale del fotone X; perciò Bruno non sa come modifica- un numero qualsiasi di volte, è impos- razione di Anna, essendo del tutto ca- sporto non può essere sfruttato per Potrebbe sembrare che un quadro strazione a pagina 37 in alto). Molto re il suo fotone finché non conosce il ri- sibile replicare perfettamente un'infor- suale, non dice nulla sullo stato quanti- spedire un'informazione, poiché Bruno teorico come quello appena descritto più arduo è accoppiare due fotoni indi- sultato della misurazione di Anna. Si mazione quantistica, in base al «teore- co. In questo modo il processo aggira il non ha alcun modo di sapere che il suo offra un progetto per costruire un tele- pendenti che già esistono, come deve può dire che il fotone di Bruno contiene ma di non donazione», dimostrato nel principio di Heisenberg, che impedisce fotone è già una replica identica all'ori- trasportatore; al contrario, esso com- succedere durante il funzionamento di istantaneamente tutta l'informazione 1982 da Wootters e Wojciech H. Zu- di determinare completamente lo stato ginale. Solo quando apprende il risul- porta un'impegnativa sfida sperimen- un analizzatore dello stato di Bell. Ciò dell'originale di Anna, trasferita dalla rek del Los Alamos National Labora- di una particella ma permette il teletra- tato della misurazione dello stato di tale. Negli ultimi anni, produrre cop- significa che i due fotoni (A e X), in meccanica quantistica. Ma per sapere tory. (Se si potesse clonare uno stato sporto dello stesso stato, purché non si Bell di Anna, a lui trasmesso per via pie di fotoni «accoppiati» è diventata qualche modo, devono perdere le loro come leggere questa informazione, Bru- quantico, si potrebbero usare i cloni cerchi di sapere quale sia. Inoltre, l'in- classica, egli può sfruttare l'informa- un'operazione di routine, ma effettua- caratteristiche individuali. Nel 1997, il no deve aspettare l'informazione classi- per violare il principio di Heisenberg.) formazione quantistica teletrasportata zione nello stato quantico teletraspor- re una misurazione dello stato di Bell mio gruppo (Dik Bouwmeester, Jian- ca, consistente in due bit che non pos- La misurazione di Anna, in realtà, ac- non viaggia materialmente. Ciò che tato. Si supponga che Bruno cerchi di su due fotoni indipendenti era qualco- -Wei Pan, Klaus Mattle, Manfred Eibl sono viaggiare più veloci della luce. coppia il fotone A con il fotone X. viene trasferito, in realtà, è solo il mes- indovinare in quali casi il teletrasporto sa di mai tentato. e Harald Weinfurter), allora all'Uni- Gli scettici potrebbero obiettare che Quest'ultimo perde tutta la «memo- saggio sul risultato della misurazione abbia avuto istantaneamente successo: versità di Innsbruck, trovò una solu- ciò che viene teletrasportato non è il ria» dello stato originario; come mem- di Anna, che dice a Bruno come modi- sarebbe in errore nel 75 per cento dei Costruire zione a questo problema per il nostro fotone, ma il suo stato di polarizzazio- bro di una coppia, non possiede alcu- ficare il suo fotone, senza alcuna indi- casi, e non avrebbe modo di sapere un teletrasportatore esperimento di teletrasporto (si veda ne, o più in generale, il suo stato quan- no stato di polarizzazione proprio: lo cazione sullo stato del fotone X. quali delle sue congetture siano corret- l'illustrazione in questa pagina in alto). tico. Ma poiché quest'ultimo è la ca- stato originario del fotone X scompare In uno dei quattro casi, la misura- te. Se usasse i fotoni sulla base di ciò Un modo efficace per produrre cop- In tale esperimento, il breve impulso ratteristica peculiare di una particella, dal luogo in cui si trova Anna. zione di Anna è fortunata e il fotone di che ha indovinato, i risultati sarebbero pie di fotoni accoppiati sfrutta il pro- di luce ultravioletta creato da un laser teletrasportare lo stato quantico è co- Bruno diventa immediatamente una gli stessi che nel caso di un fascio di fo- cesso spontaneo di down-conversion: passa attraverso un cristallo e dà origi- me teletrasportare la particella stessa Aggirare Heisenberg replica dell'originale. In tal caso, po- toni con polarizzazioni casuali. In que- un fotone, passando attraverso uno ne a due fotoni accoppiati A e B: il pri- (si veda la finestra a pagina 42). trebbe sembrare che l'informazione sto modo la relatività di Einstein si im- speciale cristallo, talvolta genera due mo viaggia verso Anna, il secondo ver- Il teletrasporto quantistico non dà Lo stato del fotone X è stato trasferi- viaggi istantaneamente da Anna a Bru- pone: anche l'azione istantanea a di- nuovi fotoni accoppiati in modo da so Bruno. Uno specchio riflette l'im- due copie del fotone X: mentre l'infor- to senza che né Anna né Bruno sapesse- no, infrangendo il limite imposto da stanza non riesce a spedire informazio- mostrare polarizzazioni opposte al mo- pulso ultravioletto e lo fa ripassare at- mazione classica può essere duplicata ro nulla di esso. Il risultato della misu- Einstein: in verità il processo di teletra- ni utili a velocità superluminali. mento della misurazione (si veda l'illu- traverso il cristallo, dove può prodursi ...TRASMISSIONE DI DATI CASUALI... ...RICOSTITUZIONE DEL VIAGGIATORE I dati della misurazione devono essere inviati al ricevitore lon- velocità della luce: ciò rende impossibile teletrasportare la per- Il ricevitore è in grado di ricostituire il viaggiatore atomo per se alla mole dei dati della misurazione inviati dal dispositivo di tano con mezzi convenzionali. Questo processo è limitato dalla sona a velocità superluminali. atomo, modificando lo stato della controparte di materia in ba- scansione. 38 LE SCIENZE 382/ giugno 2000 LE SCIENZE 382/ giugno 2000 39 un'altra coppia di fotoni, C e D. (An- a ch'essi sono legati da un accoppiamen- to, che però non è sfruttato nell'esperi- FOTONE SEPARATORE mento.) Il fotone C va verso un rivela- DI FASCIO tore, il quale segnala che il suo compa- (SPECCHIO gno D è pronto per essere teletraspor- SEMIRIFLETTENTE) tato. Il fotone D passa attraverso un polarizzatore regolabile in modo da produrre una polarizzazione arbitraria: il fotone polarizzato risultante è il RIVELATORE • fotone X da teletrasportare, ed è indipendente, cioè non più accoppiato. Ta- le fotone viaggia verso Anna, la quale non conosce il suo stato di polarizzazione (a differenza di noi che abbiamo Il separatore di fascio (a) riflette metà della luce che lo colpisce e trasmette l'altra regolato il polarizzatore). Riutilizzan- metà. Per un fotone le probabilità di passare o di essere riflesso sono uguali. Se due do lo stesso impulso ultravioletto, sia- fotoni identici incidono sul separatore di fascio nello stesso istante ma da lati opposti mo in grado di garantire che Anna ab- (b), le parti riflessa e trasmessa interferiscono, e i fotoni perdono la propria identità bia i fotoni A e X nello stesso istante. individuale. Viene rivelato un fotone in ciascun rivelatore nel 25 per cento dei casi, ed Per effettuare una misurazione dello è perciò impossibile dire se siano stati riflessi entrambi o trasmessi entrambi. Viene stato di Bell, Anna combina i suoi due misurato solo il fatto che sono giunti a rivelatori differenti. fotoni (A e X) usando uno specchio semiriflettente, ossia un dispositivo che riflette metà della luce che vi incide. Un centuale del 50 per cento.) Abbiamo to è possibile teletrasportare un fotone singolo fotone ha una probabilità del verificato la procedura per diverse po- di Anna, ossia nel 25 per cento dei ca- 50 per cento di passare o di essere ri- larizzazioni: verticale, orizzontale, obli- si. Non esiste alcun analizzatore com- flesso: in termini quantistici, il fotone qua a 45 gradi e anche per la polarizza- pleto dello stato di Bell per fotoni indi- va in una sovrapposizione di queste zione circolare. pendenti (o per una qualunque coppia due possibilità (si veda l'illustrazione Nel nostro analizzatore dello stato di particelle quantistiche create indi- in questa pagina). di Bell, l'aspetto più difficile è rendere i pendentemente), cosicché per ora non Si supponga ora che i due fotoni col- fotoni A e X indistinguibili. Anche gli i- esiste alcun modo sperimentalmente piscano lo specchio da lati opposti, stanti di arrivo dei fotoni al rivelatore provato per portare al 100 per cento con i loro cammini allineati in modo possono servire per identificarli; perciò l'efficienza del nostro schema. che il cammino riflesso del primo rica- è molto importante «cancellare» ogni Nel 1994 un metodo per aggirare da sul cammino trasmesso del secon- informazione temporale trasportata questo problema fu proposto da San- do, e viceversa. Si supponga inoltre che dalle particelle. Nel nostro esperimento du Popescu, allora all'Università di un rivelatore sia posto al termine di abbiamo usato un espediente suggerito Cambridge. Egli suggerì che lo stato da ciascun cammino. Normalmente, i due da Marek Zukowski, dell'Università di teletrasportare potesse essere portato fotoni sarebbero riflessi in modo indi- Danzica: si inviano i fotoni attraverso dallo stesso fotone ausiliario A di An- pendente, e avrebbero il 50 per cento filtri di lunghezza d'onda aventi una na. Nel 1997, il gruppo di Francesco di probabilità di arrivare in rivelatori larghezza di banda molto ridotta. Que- De Martini dell'Università di Roma separati. Se però i fotoni sono indistin- sto processo rende molto precisa la «La Sapienza» ha verificato con suc- guibili e giungono allo specchio nello lunghezza d'onda dei fotoni e, per il cesso quest'idea. I fotoni ausiliari era- stesso istante, entra in gioco l'interfe- principio di Heisenberg, aumenta l'in- no accoppiati secondo la loro posizio- renza quantistica: alcune probabilità si certezza della misura sul tempo. ne: il fotone A veniva suddiviso (come annullano, mentre altre diventano più Un caso ancora più difficile da af- avviene in un separatore di fascio) in alte. Quando i fotoni interferiscono tra frontare si ha quando il fotone teletra- due parti, accoppiate con una coppia loro, hanno soltanto un 25 per cento sportato è esso stesso accoppiato con analoga ottenuta dal fotone B di Bru- di probabilità di finire in rivelatori se- un altro e non ha una propria polariz- no, e indirizzato in punti differenti del parati; è questo il caso «fortunato» in zazione. Nel 1998 il mio gruppo a dispositivo di Anna. Lo stato da tele- cui viene rivelato uno dei quattro pos- Innsbruck verificò questa situazione trasportare era perciò lo stato di pola- sibili stati di Bell dei due fotoni. Gli al- fornendo ad Anna il fotone D senza rizzazione del fotone A di Anna. Poi- tri tre stati di Bell, che si hanno quan- polarizzarlo, in modo che fosse ancora ché entrambi i ruoli erano svolti da un do i due fotoni finiscono in un unico accoppiato con il fotone C. Abbiamo solo fotone, rivelare tutti i quattro pos- rivelatore, non possono essere distinti. mostrato che, quando avviene il tele- sibili stati di Bell diventava una misu- Quando Anna rivela simultanea- trasporto, il fotone di Bruno finisce per razione standard di particella singola: mente un fotone in ciascun rivelatore, il essere accoppiato a C. In tal modo, la si trattava di rivelare il fotone di Anna fotone di Bruno diventa istantanea- sovrapposizione con C è stata trasmes- in una di due possibili posizioni, con mente una replica del fotone originario sa da A a B. una di due possibili polarizzazioni. Lo X di Anna. Nel nostro esperimento, svantaggio di questo schema è che, se abbiamo verificato questo tipo di tele- Gli stati «sui dorso» ad Anna fosse dato uno stato X scono- trasporto mostrando che il fotone di sciuto da teletrasportare, dovrebbe in Bruno aveva la polarizzazione che era Il nostro esperimento ha verificato qualche modo trasferire lo stato sulla stata imposta sul fotone X nell'80 per senza alcun dubbio il teletrasporto, ma polarizzazione del fotone A, cosa che cento dei casi. (Il risultato non è perfet- con una bassa percentuale di successi. nessuno sa come effettuare in pratica. to, ma fotoni casuali, in una situazione Poiché è identificabile un unico stato di La polarizzazione di un fotone - la analoga, avrebbero raggiunto una per- Bell, solo in corrispondenza di tale sta- caratteristica impiegata negli esperi- 40 LE SCIENZE 382/ giugno 2000 menti di Innsbruck e di Roma - è una LA PAROLA AGLI SCETTICI quantità discreta, nel senso che ciascuno stato di polarizzazione può essere e- spresso come sovrapposizione di due Non è un'esagerazione chiamare questo processo teletrasporto? Dopo tutto, è soli stati discreti, come la polarizzazio- solo uno stato quantico a essere trasportato, non un oggetto reale. ne verticale e quella orizzontale. Il Questa domanda solleva una questione filosofica profonda sul significato di iden- campo elettromagnetico associato alla tità: come facciamo a sapere, per esempio, che l'automobile che troviamo in garage luce ha anche caratteristiche continue, al mattino è la stessa della sera prima? Lo sappiamo perché troviamo immutate tut- che derivano dalla sovrapposizione di te le sue caratteristiche. La fisica quantistica estremizza questo concetto: particelle un numero infinito di stati base. Un fa- dello stesso tipo e nello stesso stato quantico sono indistinguibili, anche in linea di scio di luce, per esempio, può essere principio. Se si potessero scambiare tutti gli atomi di ferro dell'automobile con quel- «spremuto»: una delle grandezze a es- li di un campione di minerale e riprodurre esattamente lo stato degli atomi, il risulta- so associate può essere resa estrema- to finale sarebbe identico all'originale, anche al livello più profondo. L'identità non mente precisa, rendendo al contempo può significare che questo: essere uguale in tutte le proprietà. estremamente incerta un'altra grandez- za (secondo una variante del principio Il processo non somiglia piuttosto a un «fax quantistico»? di Heisenberg). Nel 1998, il gruppo di Il fax produce una copia facilmente distinguibile dall'originale; un oggetto teletra- Jeffrey Kimble del California Institute sportato è indistinguibile. E poi nel teletrasporto quantistico l'originale si distrugge. of Technology ha teletrasportato uno stato spremuto da un fascio di luce a Possiamo ragionevolmente sperare di teletrasportare un oggetto complesso? un altro, verificando così il teletraspor- Ci sono ostacoli insormontabili. Per prima cosa, l'oggetto deve trovarsi in uno stato to di una caratteristica continua. quantico puro, e un tale stato è perturbabile con grande facilità. I nostri esperimenti Per quanto siano rimarchevoli, que- possono essere condotti in presenza di aria perché i fotoni interagiscono con essa sti esperimenti sono molto lontani dal molto debolmente. Gli esperimenti con atomi e oggetti estesi, viceversa, richiedereb- teletrasporto di un oggetto di grandi bero il vuoto, per evitare collisioni con le molecole di gas. Inoltre, quanto più è grande dimensioni. I problemi fondamentali l'oggetto, tanto più facilmente si altera il suo stato quantico. Un piccolo campione di sono due: per prima cosa occorrono materia sarebbe perturbato anche dalla radiazione termica emessa dalle pareti del di- due oggetti dello stesso tipo accoppiati; spositivo. È per questo che non si osservano effetti quantistici nella vita quotidiana. in secondo luogo, l'oggetto da teletra- L'interferenza quantistica è un effetto più facilmente riproducibile rispetto all'ac- sportare e la coppia devono essere suf- coppiamento e al teletrasporto, come è stato dimostrato per le molecole di fullere- ficientemente isolati dall'ambiente. Se ne. La sperimentazione continuerà con oggetti sempre più grandi, forse anche con una qualunque informazione viene piccoli virus; ma non aspettatevi di vedere il teletrasporto di un pallone da calcio! scambiata con l'ambiente, mediante Poi, c'è il problema della misurazione dello stato di Bell: in che cosa consisterebbe un'interazione fortuita, lo stato quanti- tale misurazione per un virus, poniamo, con 10' atomi? In che modo si potrebbero co dell'oggetto si degrada, in un pro- estrarre i 108 bit d'informazione che essa genererebbe? Per un oggetto di qualche cesso chiamato «decoerenza ». È diffi- grammo, il numero diventa ingestibile: 1 024 bit di dati. cile immaginare come si possa raggiungere questo assoluto isolamento Il teletrasporto di una persona richiederebbe precisione a livello quantistico? per un corpo di dimensioni macrosco- Essere nello stesso stato quantico non sembra necessario per essere la stessa per- piche; per non parlare di un essere vi- sona: noi cambiamo continuamente gli stati dei nostri atomi, rimanendo sempre le vente che respira aria e scambia calore stesse persone (almeno a quanto pare!). Al contrario, gemelli identici o cloni biologi- con l'esterno. Ma chi può prevedere gli ci non sono «la stessa persona», poiché hanno memorie differenti. Il principio di Hei- sviluppi futuri? senberg ci impedisce di replicare una persona in misura tale da ritenere che sia an- Certamente potremmo usare la tec- cora la stessa? Nessuno lo sa. È comunque affascinante il fatto che il teorema di non nologia esistente per teletrasportare sta- clonazione ci impedisca di costruire una replica perfetta di una persona. ti elementari, come quelli dei fotoni del nostro esperimento, su distanze di pochi chilometri e forse anche fino a satelliti. La tecnologia per teletrasportare gli stati di singoli atomi è oggi alla nostra portata, come ha dimostrato il gruppo guidato da Serge Haroche dell'École Normale Supérieure di Parigi realizzan- do l'accoppiamento di atomi. L'accoppiamento di molecole e il loro teletrasporto possono essere ragionevolmente previsti entro il prossimo decennio. Che cosa succederà poi, nessuno lo sa. Un'applicazione importante potrebbe riguardare il calcolo quantistico, nel quale l'usuale nozione di bit (con valori O o 1) è generalizzata ai bit quantistici, o qubit, che possono esistere come so- Se si teletrasporte il corpo vrapposizioni e accoppiamenti di O e 1. di una persona, dove va a finire Si potrebbero usare teletrasportatori la sua mente? per trasferire informazioni quantistiche tra elaboratori quantistici, e ottenere i 42 LE SCIENZE 382/ giugno 2000 COMPUTER QUANTISTICI Corse l'applicazione più realistica del teletrasporto quantistico la ricerca di dati in un database e la fattorizzazione di numeri al di fuori della ricerca di base è nel campo del calcolo molto grandi, una questione di grande interesse nel campo del- quantistico. Un computer digitale convenzionale funziona con i la crittog rafia. bit ordinari, che assumono valori definiti 0 o 1; un computer Finora, sono stati costruiti soltanto i componenti più elemen- quantistico, invece, utilizza bit quantistici, battezzati qubit. Que- tari dei computer quantistici: porte logiche che possono elabo- sti ultimi possono presentarsi in sovrapposizioni quantistiche di rare uno o più qubit. La realizzazione di computer quantistici O e di 1, così come un fotone può essere in una sovrapposizione anche su piccola scala è ancora molto lontana. Un problema di polarizzazione orizzontale e verticale. In effetti, inviando un fondamentale è riuscire a trasferire affidabilmente dati quanti- singolo fotone, il teletrasportatore quantistico trasmette un sin- stici tra porte logiche o processori, sia in un singolo computer golo qubit d'informazione. quantistico sia in una rete quantistica: il teletrasporto quantisti- La sovrapposizione di numeri può sembrare strana ma, come co è una possibile soluzione. diceva il compianto Rolf Landauer dell'IBM, «quando eravamo Inoltre Daniel Gottesman della Microsoft e Isaac L. Chuang bambini e imparavamo a contare sulle dita, non sapevamo nul- dell'IBM hanno recentemente dimostrato che un computer la della meccanica quantistica e della sovrapposizione: così ab- quantistico per uso generale può essere costruito con tre com- biamo acquisito un'intuizione errata del mondo. Da allora pen- ponenti principali: particelle accoppiate, teletrasportatori quan- siamo che l'informazione abbia una natura classica; ancora oggi tistici e porte che operano su un singolo qubit alla volta. Questo pensiamo che si possa alzare il medio dopo l'indice, ma non risultato fornisce un metodo sistematico per costruire porte a pensiamo certo che possa esistere una sovrapposizione delle due qubit. due dita». Il trucco per costruire una porta a due qubit partendo da un Un computer quantistico può funzionare con una sovrappo- teletrasportatore è teletrasportare due qubit dall'ingresso di sizione di differenti ingressi contemporaneamente. Per esem- una porta verso l'uscita usando coppie adeguatamente modi- pio, potrebbe utilizzare un algoritmo simultaneamente su un ficate. Le coppie sono modificate in modo che l'uscita di una milione di ingressi; in tal caso userebbe un numero di qubit pari porta riceva i qubit opportunamente trattati. Applicare la logi- al numero di bit classici necessari per far funzionare l'algoritmo ca quantistica a due qubit sconosciuti è perciò un problema con un singolo ingresso. La ricerca teorica ha provato che algo- che si riduce al compito di preparare e teletrasportare stati ac- ritmi eseguiti su computer quantistici possono risolvere alcuni coppiati specificamente preparati. La misurazione dello stato problemi più velocemente (cioè in un numero minore di passi di Bell completo, necessaria perché il teletrasporto abbia una di calcolo) di quanto possa fare un qualunque algoritmo noto percentuale di successo del 100 per cento, è essa stessa un che funzioni con bit classici. I problemi in questione includono processo a due qubit. componenti base per la costruzione di di Einstein, il danese Niels Bohr, insiste- surazioni. Nella nostra misurazione calcolatori futuribili (si veda la finestra va sul fatto che in meccanica quantistica della polarizzazione, uno scatto del ri- qui sopra). Il fumetto nella pagina a occorre considerare sempre l'intero si- velatore ci permette di costruire una fronte illustra una situazione affasci- stema: nel caso di una coppia, entrambe rappresentazione mentale in cui il foto- nante, in cui una combinazione di tele- le particelle. Il desiderio di Einstein - ne aveva veramente una certa polariz- trasporto e calcolo quantistico potreb- l'effettivo stato indipendente di ogni zazione al momento della misurazione. be avere l'effetto di un'informazione te- particella - è privo di significato per un Tuttavia, si tratta di una rappresenta- letrasportata ricevuta istantaneamente. sistema quantistico accoppiato. zione, valida solo se parliamo di uno La meccanica quantistica è una delle Il teletrasporto quantistico è una specifico esperimento, e occorre cautela teorie più profonde mai formulate; i conseguenza del problema dibattuto da se si vuole usarla in altre situazioni. problemi che pone alla nostra esperien- Einstein e Bohr. Nell'analizzare l'espe- La comprensione della meccanica za del mondo portarono Einstein a criti- rimento, incontreremmo grandi diffi- quantistica è possibile solo convincen- carla aspramente. Egli concepiva la fisi- coltà se ci chiedessimo quali sono le dosi che la scienza non descrive come ca come tentativo di afferrare una realtà proprietà delle particelle quando sono la natura è, ma piuttosto esprime ciò che esiste indipendentemente dall'osser- accoppiate: occorre analizzare attenta- che possiamo dire sulla natura. A que- vazione: quando si cerca di attribuire mente che cosa vuol dire «avere» una sto valgono esperimenti come il tele- una realtà fisica indipendente ai membri polarizzazione. La conclusione è che trasporto: ci aiutano a raggiungere una di una coppia, ci si trova di fronte a dif- tutto ciò che si può dire riguarda certi conoscenza più profonda del misterio- ficoltà molto gravi. Il grande oppositore risultati sperimentali ottenuti con le mi- so mondo dei quanti. ANTON ZEILINGER lavora presso BENNETT CHARLES H., Quantum Information and Computation in «Physics l'Istituto di fisica sperimentale dell'Uni- Today», 48, n. 10, ottobre 1995. versità di Vienna, dove si è teletraspor- BOUWMEESTER D., PAN J. W., MATTLE K. e altri, Experimental Quantum Tele- tato dopo aver trascorso nove anni al- portation in «Nature», 390, pp. 575-579, 11 dicembre 1997. l'Università di Innsbruck. Si considera Quantum Information, numero speciale di «Physics World», marzo 1998. molto fortunato di poter lavorare sui LEGGETT A. J., Quantum Theory: W eird and Wonderful in «Physics World», paradossi della meccanica quantistica, 12, n. 12, dicembre 1999. gli stessi che lo spinsero allo studio del- Altre informazioni sugli argomenti trattati nell'articolo si possono trovare alla fisica quarant'anni fa. l'indirizzo Internet www.quantum.at LE SCIENZE 382/ giugno 2000 45 Risorse in rete •• Gli amori quantici ai Bob e Alice DI PIERO PIAZZANO 3 .4 4 [email protected] mar. Prbt 41n, can/. 2m.a. •4.... 4 4... 4 0.,imni 1 \ 1Z-X)LieitMehe1 LOW.. l ettetevi comodi e ri- STAA.0t. MIPIIP "E ~1~ lassatevi» ha detto ... ; fa &oo-ra a.sie, THE BATTE FOR PARADISE II.AS DEM i 11~~1~1~111» IilAABCHIVES • I M una volta Richard AMMIR I I Feynman, cominciando una confe- The Ne S enlist guide Io the OUANTUIA WORLD WIWRII 'sete. renza sulla teoria dei quanti. «Sto per Merry rea1.105 raccontarvi come si comporta la natura. Se ammetterete semplicemente NewScientist ^.^A I Itliffial I 1p121 I che con tutta probabilità la natura si comporta davvero così, allora trove- Smentisti-Me tfMe rete la cosa deliziosa e avvincente. UANTU STRR TREK Ma non cercate di chiedervi come ORLD può la natura essere così, perché questa domanda vi porterebbe in un vi- ...14,904L colo cieco dal quale nessuno è mai TERN~ stato capace di uscire. Nessuno sa ve- IVA ramente in che modo la natura possa comportarsi così.» »Meteme•nrtut., Dalle fantasie del La teoria dei quanti ha dato origine piccolo schermo alle a straordinarie implicazioni, di solito acrobazie quantistiche espresse inizialmente come paradossi NewSticabl di Anton Zeilinger, o esperimenti puramente ideali. Molti negli ultimi anni il di questi paradossi sono diventati in teletras porto è seguito esperimenti realizzabili, ripeti- diventato realtà bili, e che hanno avuto o stanno per ai limiti del credibile. num 14210.mdiCifM1WA ,454AINIAMI itn avere applicazioni pratiche. Uno dei 1011(191411~11140561312111 IfINIIP.151 Z19/11074 15 RIDIR'. Per ragioni fisiche, più affascinanti riguarda il teletra- 39§v2.,.• 4',04 ,WntE IIINI IiM IIIIIIIIII4IAI c• 0A31443131 I4I1ISIIrSoI.—IIIF wINmIiNllCAIl I1»4 1. /o1.-3 fIa IBIO4O RT IWIRRUI..- però, questa tecnica sl'parotritcoo lqou dain tAisnttiocon dZie ciluini gsei rp.arla nel- re= AEO T THE AUTHOR ELIT THE HOOK T. •r z.e.z.z.e-l,l.-.t . .u.n.1u-i . -a-2laiWmt .a ~R•Rr —e1A Rn Ou1n» m^ 4eWt•wWa t9eWnOm e8ncseitaz ....7 01.; nogogne statir eà paeprpsloincea.bile a Tuttavia, ogni tentativo di rappre- sentare il mondo dei quanti utilizzan- do le immagini che ci sono familiari zioni filosofiche derivate dalla teo- (www.science.0 va .n1/—mes/jargon/a/a suo Applied Cryptography (1996, e- Trek (il sito ufficiale è: finisce inevitabilmente con una de- ria dei quanti si può leggere nell'ar- liceandbob.html). dito da Wiley & Sons): Carol e Dave, www.startrek.com). ludente sensazione di impotenza. ticolo On the Interpretation and Della vita di Alice e Bob si possono una coppia di amici scambisti; Eve, Sostiene Mark Stefik Questa è anche la premessa di un li- Philosophical Foundation of Quan- cogliere estratti navigando tra l'enor- l'infida ficcanaso; Mallory, un perico- (Internet's Dreams, bretto sul «mondo dei quanti», al- tum Mechanics, dello stesso Anton me massa delle citazioni che li riguar- loso aggressore; Trent, l'arbitro neu- MIT Press, 1998), che legato al numero del 26 settem- Zeilinger (www.ap.univie.ac.at/users/ dano. I due amanti ( ?) hanno certa- trale; Walter, il guardiano; e Victor, il le saghe mitologiche di bre 1998 di «New Scientist» e scrit- Anton.Zeilinger/philosop.html). Vi si mente un conto in banca, sul quale controllore. dei pionieri delle applicazioni della cui si è nutrita l'immaginazione del- to da David Lindley, prima ricercato- potrà ritrovare anche Richard Feyn- eseguono operazioni non sempre lim- Nelle loro ultime avventure, Alice e teoria dei quanti alla scienza dei cal- l'uomo occidentale, da Omero a Ro- re a Cambridge e al Fermilab e in se- man, in ricchissima compagnia. pide: altrimenti, non sarebbero così Bob sono entrati nel mondo dei colatori, di cui la crittografia quanti- berto Calasso (Le Nozze di Cadmio e guito redattore scientifico di «Na- Protagonisti del volumetto di Lind- preoccupati di tutelarne la segretezza. quanti. Oltre a quello di Zeilinger, lo stica può essere considerata un capi- Armonia, Adelphi), contengono gli ture», «Science» e «Science News»: ley, assieme ai molti scienziati che Probabilmente ciò nasce dal fatto che prova l'articolo di Richard Hughes tolo. Si deve al suo gruppo l'idea di archetipi del nostro inconscio colletti- The Quantum World, che si può an- hanno provato sperimentalmente le una parte dei loro guadagni proviene, Quantum Cryptography takes the utilizzare la risonanza magnetica nu- vo, oggi realizzati da Internet. Potrà che trovare e scaricare all'indirizzo: «sinistre» implicazioni della teoria dei in nero, da attività spionistiche porta- Air, pubblicato sul numero di maggio cleare (NMR) per costruire un com- allora accadere che l'infinita vicenda www.newscientist.com/nsplus/insi- quanti (vi compare, un'altra volta, lo te avanti da entrambi: questo spieghe- 1999 di «Physics World». Qui Alice e puter quantistico: il computer a 3-qu- di Star Trek, contenitore di tutte le ght/quantum/cover.html stesso Zeilinger, a pagina 27), sono rebbe l'esigenza di scambiare infor- Bob trasmettono messaggi criptati in bit che usa le tecniche di NMR ap- utopie generate dalla teoria dei quan- Buona parte del libretto è dedicata anche due personaggi immaginari mazioni molto riservate, che nessuno atmosfera alla luce del giorno tra due plicate a molecole di tricloroetilene ti, sia la prefigurazione di un futuro proprio a raccontare come sia stato evocati dai dibattiti sui protocolli del- deve intercettare. Ultimamente, Alice stazioni terrestri, tra una stazione ter- (http://qso.lanl.gov/qc/exp.html). mondo che ha assorbito e realizzato possibile realizzare esperimenti che la crittografia, ma ormai dotati di e Bob hanno ampliato enormemente restre e un satellite, o fra due satelliti Un altro passo, e si arriva al teletra- le sue «sinistre» implicazioni? Una erano stati pensati inizialmente come personalità propria, e probabilmente il loro campo d'azione. Come raccon- in orbita, usando chiavi quantistiche sporto di un atomo di carbonio 60, o prima verifica è stata fatta da Law- paradossi. Uno di questi, ovviamente, di una loro speciale esistenza. Si tratta ta Zeilinger nell'articolo, uno di loro (http://p23.1anl.gov/Quantum/pa- fullerene: lo racconta nella sua pagina rence M. Krauss, fisico, autore del è l'esperimento del teletrasporto, ori- di Alice e Bob, che compaiono nel no- potrebbe addirittura essersi teletra- pers.html, dove si possono trovare i Web presso l'Università di Vienna il best-seller La fisica di Star Trek, pub- ginato dal «paradosso EPR», pensato stro articolo con i nomi di Anna e sportato su Alpha Centauri, da dove sommari dei principali articoli sul te- professor Zeilinger, che aggiunge an- blicato originariamente da Harper da Einstein, Podolsky e Rosen per di- Bruno. Alice e Bob vivono scambian- suggerisce operazioni di borsa quasi- ma della crittografia quantistica, pub- che interessanti implicazioni che po- Collins e, in Italia, da Longanesi in mostrare quanto fossero assurde - se dosi messaggi nei modi e nei luoghi certe al partner: un altro evidente mo- blicati da autori del Los Alamos Na- trebbero rivoluzionare il gioco del prima edizione e da TEA in economi- prese alla lettera - certe conseguenze più strani e complicati, in una spe- tivo per rendere ancora più protetto tional Laboratory, e anche scaricare calcio, per la gioia degli innumerevoli ca. I due libri si possono acquistare della teoria dei quanti. A essere pre- cie di infinito Kamasutra informatico l'accesso al conto in banca. Non com- alcuni di essi in formato PDF). estimatori: www.quantum.univie.ac. presso www.zivago.it. Se si vuole, cisi, il termine usato dai tre fisici fu dove giocano a inventare sempre paiono invece nell'articolo altri com- Richard Hughes, che al laboratorio at/research/index.html. prima se ne possono leggere ampi spooky; e cioè sinistre, inquietanti. nuove difficoltà di contatto per poi primari della saga di Alice e Bob cita- di Los Alamos dirige il gruppo Neu- L'ho lasciato per ultimo, ma non estratti all'indirizzo: www.delos.fan- Un interessante quadro delle implica- godere del loro felice superamento ti, per esempio, da Bruce Schneier nel tron Science and Technology, è uno potevo proprio farne a meno: Star tascienza.com/delos21/fisica.html. 46 LE SCIENZE 382/ giugno 2000 LE SCIENZE 382/ giugno 2000 47 LA SCOPERTA DELLE NANE BRUNE Di massa intermedia fra stelle e pianeti, le nane brune un tempo erano ritenute rare; nuove ricognizioni del cielo mostrano però che questi oggetti potrebbero essere comuni quanto le stelle vere di Gibor Basri na nana bruna è una stella tute di Mountain View, in California. fusione termonucleare dell'idrogeno; non riuscita. La luminosità La denominazione è un po' fuorviante; una volta che questi hanno avuto ini- U di un astro è dovuta alle rea- una nana bruna appare in realtà di co- zio, le dimensioni e la luminosità della zioni termonucleari nel suo nucleo, che lore rosso, ma il nome di nana rossa stella restano costanti, nella maggior generano enormi quantità di energia era già «occupato». (È usato per de- parte dei casi per miliardi di anni. Una per fusione dell'idrogeno in elio. Per- scrivere stelle di massa inferiore a metà nana bruna, però, non può mantenere ché avvengano queste reazioni, però, la di quella solare.) le reazioni di fusione dell'idrogeno, e la temperatura del nucleo stellare deve A metà degli anni ottanta gli astro- sua luminosità diminuisce via via che raggiungere almeno i 3 milioni di kel- nomi iniziarono una ricerca intensiva la contrazione procede (si veda la fine- vin. E dato che la temperatura del nu- delle nane brune, ma i primi tentativi stra a pagina 52-53). La luce emessa cleo aumenta con la pressione gravita- non diedero esito. Fu solo nel 1995 dalle nane brune ricade prevalente- zionale, la stella deve possedere una che si scoprirono le prime prove incon- mente nel vicino infrarosso; e poiché massa minima: circa 75 volte quella di futabili della loro esistenza. Le scoper- questi oggetti sono deboli fin dall'ini- Giove, ovvero il 7 per cento di quella te si succedettero poi con estrema rapi- zio e lo diventano sempre più col pas- del Sole. Una nana bruna manca di po- dità; da allora sono state osservate de- sare del tempo, alcuni scienziati hanno co questo obiettivo: è più massiccia di cine di questi oggetti. E inevitabilmen- supposto che siano un costituente im- un pianeta gigante gassoso, ma non te è nata anche una miriade di doman- portante della «materia oscura», la mi- abbastanza per essere una stella. de scottanti: quante nane brune esisto- steriosa massa invisibile che sembra as- Per decenni, le nane brune sono sta- no? Qual è l'intervallo dei loro valori sai più abbondante nell'universo ri- te l'«anello mancante» dei corpi cele- di massa? Vi è una serie continua di spetto alla materia luminosa. sti: si riteneva che esistessero, ma non oggetti sempre più piccoli, fino a rag- Gli astronomi hanno ipotizzato che le si era mai osservate. Nel 1963 Shiv giungere la massa di Giove? E hanno un buon posto dove cercare oggetti Kumar, astronomo dell'Università del- avuto tutti la stessa origine? molto deboli sia l'intorno delle stelle la Virginia, teorizzò che il processo di La ricerca di nane brune è stata lun- note. Oltre metà delle stelle della no- contrazione gravitazionale che genera ga e difficile a causa della loro debolis- stra galassia si trova in sistemi binari - le stelle a partire da enormi nubi di gas sima luminosità. Tutti gli oggetti astro- una coppia di astri che orbitano intor- e polvere possa anche produrre di fre- fisici - compresi stelle, pianeti e nane no al comune centro di gravità - e si ri- quente oggetti più piccoli. Questi ipo- brune - emettono luce durante la loro tiene che molte stelle apparentemente tetici corpi furono chiamati stelle nere formazione a causa dell'energia libera- solitarie possano in realtà avere una o stelle infrarosse prima che il nome ta dalla contrazione gravitazionale. In nana bruna come compagna. Un van- «nane brune» venisse proposto nel una stella, la luminosità prodotta dalla taggio di una simile strategia di ricerca 1975 da Jill C. Tarter, oggi responsa- contrazione viene a un certo punto è che non occorre esplorare ampie re- bile delle ricerche presso il SETI Insti- soppiantata da quella dei processi di gioni del cielo in cerca di nane brune: La nana bruna Gliese 229B brilla di luce rossastra nella rappresentazione artistica della pagina a fronte. Si ritiene che l'oggetto sia un poco più piccolo di Giove, ma circa 10 volte più caldo e 30-40 volte più massiccio. Es- so venne scoperto nel 1995, come compagno della nana rossa Gl 229A (sullo sfondo). La nana bruna è stata individuata in immagini ottenute dal telescopio da 1,5 metri del Palomar Observatory (riquadro di sinistra) e dallo Hubble Space Telescope (riquadro di destra), che la mostrano come una debole chiazza presso la nana rossa. GI 229B dista in realtà oltre sei miliardi di chilometri dalla compagna: più di Plutone dal Sole. LE SCIENZE 382/ giugno 2000 49 Metodi di ricerca Il test del litio 3,0 vi STELLA LEGGERA HHJ 3 oithz NANA BRUNA PPL 15 2,5 R 2,0 IM PATTO. 22 1,5 — e •_ , etf 0,5 — RIGALIDTEIOL1 i GL 229B 0,0 I 667 668 669 670 671 672 673 DISTRUZIONE DEL LITIO Lunghezza d'onda (nanometri) /osservazione di oggetti deboli come le nane brune richiede zione. Esaminando l'ammasso delle Pleiadi, vecchio di 120 milio- /analisi degli spettri di oggetti deboli può rivelare se si trat- za alte perché si verifichi questa reazione, e quindi conservano L strategie speciali. Un metodo consiste nel puntare i tele- ni di anni (al centro), sono state individuate varie nane brune, tra L ta di stelle o di nane brune. Nel nucleo di tutte le stelle, il per sempre il loro litio. Lo spettro di HHJ 3 (a destra, in giallo), scopi in prossimità di stelle vicine in cerca di eventuali compa- cui PPI 15 (nel dettaglio). Infine, si possono trovare nane brune litio viene distrutto in una reazione nella quale un protone col- una stella leggera nell'ammasso delle Pleiadi, non mostra al- gne; è così che è stata trovata GI 229B (a sinistra). Un'altra strate- «di campo» riprendendo immagini di ampi settori del cielo con lide con l'isotopo litio 7, che si divide in due atomi di elio (a si- cun segno della presenza di litio. Lo spettro della nana bruna gia è quella di concentrarsi su ammassi stellari giovani, perché le strumenti sensibili alle sorgenti rosse deboli. La scoperta della nistra). Viceversa tutte le nane brune, tranne le più massicce, PPI 15 (in rosso), invece, ha una evidente riga di assorbimento nane brune tendono a essere più luminose poco dopo la forma- prima nana bruna di campo, Kelu-1 (a destra), risale al 1997. non riescono a raggiungere temperature del nucleo abbastan- che indica la presenza dell'elemento. si possono invece concentrare i telesco- delle velocità stellari vengono determi- giore precisione le posizioni stellari. po un esame più attento ha dimostrato circa 100 milioni di anni, mentre le na- un altro obiettivo. Anch'egli aveva os- pi su piccole aree vicine alle stelle note. nate misurando lo spostamento Dop- Nel frattempo, altri astronomi per- che nessuno dei candidati era realmen- ne brune, eccetto le più massicce, lo servato le Pleiadi in cerca di oggetti di Il metodo è apparso ben presto pro- pler nelle righe spettrali delle stelle. seguivano una strategia differente, te una nana bruna. Alcuni sono risul- mantengono per sempre. Pertanto la piccola massa e ne aveva individuato mettente. Nel 1984 ricercatori dello Anzi, grazie alla loro maggiore massa, sfruttando il fatto che le nane brune tati giganti rosse situate dietro l'am- presenza di litio segnala che l'oggetto uno ancora più debole, PP115 (il quin- Steward Observatory dell'Università con questa tecnica è più facile rivelare sono più luminose nelle prime fasi del- masso, migliaia di anni luce più lonta- ha una massa substellare. dicesimo candidato a nana bruna nella dell'Arizona annunciarono la scoperta le nane brune che non i pianeti. la loro esistenza. I luoghi migliori per no; a causa della loro grande distanza, Le righe spettrali prodotte dal litio ricognizione delle Pleiadi condotta a di una debole compagna di VB8, una Nondimeno, il famoso «cacciatore cercare oggetti giovani sono gli am- queste stelle di sfondo appaiono deboli sono piuttosto evidenti negli oggetti Mount Palomar). Finalmente avemmo stella di piccola massa a 21 anni luce di di pianeti», Geoffrey W. Marcy della massi stellari. Le stelle di un ammasso pur essendo in realtà molto luminose. freddi e rossi. Il gruppo spagnolo ha successo: per la prima volta rivelammo distanza dal Sole. L'oggetto sembrava San Francisco State University e dell'U- si formano tutte contemporanemente, Altre erano stelle leggere poste dietro cercato queste righe in tutti gli oggetti il litio in un oggetto in cui la presenza avere le proprietà giuste per essere una niversità della California a Berkeley, ma hanno vite di durata molto diversa. l'ammasso o di fronte a esso. Alcune celesti freddi che siano anche abba- di questo elemento implicava una mas- nana bruna, ma purtroppo analisi più non trovò alcuna nana bruna in una ri- Le più massicce splendono per pochi «scoperte» sono arrivate sui giornali, stanza luminosi da fornire uno spettro sa substellare. Riferimmo la scoperta attente rivelarono che si trattava di un cognizione di 70 stelle di piccola massa milioni di anni prima di esaurire l'idro- ma le successive smentite non hanno della qualità necessaria, ma senza mai al convegno del giugno 1995 della artefatto osservativo, e non di un og- condotta alla fine degli anni ottanta. A geno e lasciare la fase di sequenza prin- avuto molta risonanza. Tutto ciò ha riuscire a rilevare tracce di litio. Nel American Astronomical Society. I no- getto reale. Il candidato successivo metà degli anni novanta Marcy scoprì cipale, mentre le stelle di massa inferio- alimentato lo scetticismo fra gli astro- 1993 un altro gruppo - comprendente stri risultati indicavano che l'ammasso comparve nel 1988, quando Eric Beck- un pugno di pianeti giganti gassosi ex- re possono continuare a brillare per nomi nei confronti di tutti i nuovi an- il sottoscritto, Marcy e James R. aveva un'età di circa 120 milioni di an- lin e Benjamin Zuckerman dell'Univer- trasolari in una ricognizione di 107 miliardi o decine di miliardi di anni. Il nunci di scoperta di nane brune, e ha Graham di Berkeley - cominciò ad ap- ni, il che dava a PPI 15 una massa pre- sità della California a Los Angeles rife- stelle simili al Sole, ma ancora non metodo standard per stimare l'età di rafforzato la convinzione che si tratti plicare il test a oggetti più deboli utiliz- sunta situata all'estremità superiore rirono la scoperta di GD 165B, debole scovò alcuna prova evidente della pre- un ammasso consiste nell'individuare di oggetti rari. zando il telescopio Keck da 10 metri dell'intervallo relativo alle nane brune. compagna rossa di una nana bianca. senza di nane brune. L'insuccesso di la sua stella di sequenza principale più appena ultimato sul Mauna Kea, ad Sempre nel 1995 altri gruppi annun- Questi ultimi oggetti non hanno alcu- questi tentativi ispirò la definizione di massiccia: l'età dell'ammasso corri- In cerca di litio Hawaii. All'inizio, anche questo lavo- ciarono, con argomenti convincenti, di na relazione con le nane brune: si trat- «deserto di nane brune», perché questi sponde circa alla vita della stella. ro non diede risultati, ma la fortuna ci aver individuato nane brune. Il team ta invece dei resti di stelle morte di oggetti sembravano essere molto meno Localizzato un giovane ammasso e Nel 1992 Rafael Rebolo, Eduardo sorrise quando puntammo il telescopio spagnolo aveva a sua volta condotto massa media, e sono più piccoli, più comuni dei pianeti giganti e delle stelle. determinata la sua età, basta cercare L. Martín e Antonio Magazzu dell'Isti- sull'ammasso delle Pleiadi. una ricognizione profonda dell'am- caldi e molto più massicci delle nane Solo una di queste prime ricerche gli oggetti più deboli, più rossi (e quin- tuto di astrofisica delle Canarie (Spa- Un gruppo di astronomi britannici masso delle Pleiadi, rivelando due og- brune. GD 165B potrebbe essere effet- basate sullo spostamento Doppler evi- di più freddi) in esso contenuti per gna) proposero un metodo nuovo e in- aveva da poco condotto una rico- getti ancora più deboli di PPI 15: Teide tivamente una nana bruna, ma è stato denziò una possibile nana bruna. In identificare le ipotetiche nane brune. I gegnoso per distinguere le stelle di pic- gnizione particolarmente ampia e 1 e Calar 3, entrambi battezzati con impossibile accertarlo perché la massa una ricognizione su 1000 stelle con- modelli teorici forniscono la tempera- cola massa dalle nane brune. Chiama- profonda dell'ammasso, individuando nomi tratti da osservatori spagnoli. calcolata dell'oggetto è vicina alle 75 dotta nel 1988, David W. Latham del- tura superficiale e la luminosità di og- to test del litio, sfrutta il fatto che, al di parecchi oggetti che avrebbero dovuto Ciascuno di questi corpi ha una massa masse gioviane che rappresentano il lo Harvard-Smithsonian Center for A- getti di diverse masse per ogni data età; sotto di una massa pari a circa 60 volte senz'altro avere masse substellari. Essi calcolata appena inferiore a 60 masse confine fra le stelle di piccola massa e strophysics scoprì una compagna al- perciò misurando queste proprietà si quella di Giove, una nana bruna non avevano dimostrato che questi oggetti di Giove. Entro la fine dell'anno, avevo le nane brune. meno 11 volte più massiccia di Gio- può stimare la massa di ciascun candi- raggiunge mai le condizioni necessarie condividevano il moto proprio del- iniziato a collaborare con i ricercatori Un altro vantaggio della ricerca di ve. Il metodo dello spostamento Dop- dato. Molti sono i gruppi che hanno per mantenere la fusione del litio nel l'ammasso nel cielo e quindi dovevano delle Canarie e insieme avevamo con- nane brune in sistemi binari è che non pler, tuttavia, fornisce solo un limi- iniziato questo tipo di ricerca. nucleo. Questa reazione nucleare av- farne parte, anziché essere semplice- fermato la presenza di litio in entrambi è necessario osservare realmente la nate inferiore per la massa della compa- A seguito di questi lavori, è stata più viene a una temperatura leggermente mente stelle di sfondo. Cominciammo i corpi. Per qualche mese la comunità na. È possibile invece rivelarla con le gna, sicché l'oggetto di Latham potreb- volte annunciata l'identificazione di inferiore a quella di fusione dell'idro- subito a esaminare il più debole, un astronomica rimase scettica - dopo tut- stesse tecniche usate per identificare i be essere una stella di massa molto pic- possibili nane brune in ammassi giova- geno; di conseguenza, le stelle consu- oggetto chiamato HHJ 3, aspettandoci to, questi oggetti sembravano stelle - pianeti extrasolari: osservandone gli cola anziché una nana bruna. Questo ni, fra cui la regione di formazione stel- mano rapidamente tutto il litio che di trovarvi litio; ma ancora una volta finché ulteriori prove mostrarono con effetti periodici sui moti delle stelle in- problema resterà in sospeso finché non lare nella costellazione del Toro e l'am- possedevano in origine. Anche la stella fummo delusi. John Stauffer, della evidenza che le nane brune erano reali. torno alle quali orbitano. Le variazioni sarà possibile determinare con mag- masso brillante delle Pleiadi. Purtrop- più leggera esaurisce il proprio litio in Smithsonian Institution, ci fornì però Nello stesso tempo, una ricerca mol- 50 LE SCIENZE 382/ giugno 2000 LE SCIENZE 382/ giugno 2000 51 •NUBE MOLECOLARE INTERSTELLARE Raggio: 100 miliardi di chilometri Temperatura: 10 kelvin Il ciclo vitale delle nane-brune l MIUONE DI ANNI NANA I3RUNA_E DISCOILLACCRES Sempre più fioche • e prime fasi di vita delle nane brune denso gli stati di bassa energia sono •• L e delle stelle seguono lo stesso tutti pieni e molti elettroni sono co- andamento. Si ritiene che entrambi i stretti a sistemarsi in stati di energia tipi di oggetti abbiano origine dal col- assai elevata. Questo fenomeno gene- /andamento nel tempo della luminosità delle stelle di piccola massa (in giallo), lasso gravitazionale di nubi interstella- ra una forma di pressione che non è di- RRaaggggiioo ddeelll ad inscaon:a 1 b-5ru mnaili:a 3rd5i0 d 0i 0k0m km L delle nane brune (in rosso) e dei pianeti (in nero) indica che solo le stelle sono ri di gas e polvere. Queste nubi sono pendente dalla temperatura; gli og- Temperatura: 2900K abbastanza massicce per raggiungere una luminosità stabile. La luce delle nane composte prevalentemente da idro- getti in cui esso si verifica sono chia- brune e dei pianeti tende a farsi più debole col tempo. I dati relativi alle nane bru- geno ed elio, ma inizialmente conten- mati degenerati. Una conseguenza di 10 MILIONI DI ANNI NANA BRUNA E PIANETA ne (crocette in nero) indicano la loro età e la loro massa. gono anche piccole quantità di deute- questo processo è che tutte le nane rio e di litio, che sono residui delle rea- brune hanno dimensioni non molto zioni nucleari avvenute entro pochi diverse da quelle di Giove: le più mas- minuti dal big bang. sicce sono semplicemente più dense Via via che le giovani stelle e le nane delle altre. brune si contraggono, il loro interno Nei nuclei delle stelle non si verifica Raggio dell'orbita planetania: diventa più caldo e denso e i nuclei di degenerazione: è la fusione dell'idro- 2R-a5g0g0i om dilieollnai ndai nkam bruna:300 000 km Massa dell'oggetto deuterio si fondono in nuclei di elio 3. geno a fornire la pressione che sostie- Temperatura:2900 K (masse gioviane) Questa reazione può avvenire nelle ne la stella contro la sua stessa gravità. 10-2 - 200 — nane brune perché richiede una tem- Una volta che la fusione si è avviata 100 MILIONI DI ANNI 125 — peratura più bassa - e quindi una mas- stabilmente, la stella cessa di contrarsi CONTRAZIONE GRAVITAZIONALE 10 MILIARDI DI ANNI sa inferiore - rispetto alla fusione dell'i- e raggiunge uno stato con dimensioni, INDEBOLIMENTO 90 - drogeno. L'intensa emissione di ener- luminosità e temperatura costanti. 1 MILIARDO DI ANNI PROGRESSIVO 80 - gia da parte di queste reazioni blocca Nelle nane brune di grande massa, la RAFFREDDAMENTO io temporaneamente la contrazione gra- fusione dell'idrogeno inizia, ma poi si RADIATIVO vitazionale e rende luminoso l'og- estingue. Via via che la pressione di PPL 15 70 getto. Ma dopo qualche milione di an- degenerazione rallenta il collasso del- Raggio della nana bruna: TEIDE 1 ni il deuterio si esaurisce e la contrazio- le nane brune, la luminosità prodotta 100 000 km Raggio della nana bruna: 50 Temperatura:2500 K 60 000 km "*".. ne riprende. A questo punto nelle stel- dalla contrazione gravitazionale si ri- Raggio della nana bruna: Temperatura: 550K 106 30 le e nelle nane brune di più di 60 mas- duce. Sebbene le stelle di massa assai 65 000 krn KELU-1 se gioviane inizia la fusione del litio. piccola possano splendere per molti Temperatura:1200 K disco di accrescimento e l'orbita planetaria non sono in scala GL 229B 15 Durante la contrazione di una nana miliardi di anni, le nane brune declina- bruna, la pressione termica nel nucleo no verso l'oblio. Questo fatto le ren- 10 . cresce e si oppone alle forze gravita- de sempre più difficili da individuare Una nana bruna nasce dalla contrazione di una vasta nube di polvere e gas. Dopo un zionali. A causa dell'alta temperatura, via via che invecchiano. In un futuro milione di anni, l'oggetto è una sfera luminosa di gas, forse circondata da un disco di ac- 10-8 io gli elettroni non sono più vincolati ai lontanissimo, quando tutte le stelle si crescimento dal quale più tardi potrà svilupparsi un pianeta. (Finora non sono stati in- 106 7 108 109 101° nuclei. Dato che due elettroni non saranno esaurite, le nane brune saran- dividuati pianeti intorno alle nane brune; la loro esistenza e le possibili orbite sono inte- Età dell'oggetto (anni) possono occupare lo stesso stato no la principale riserva di idrogeno ramente ipotetiche.) Col tempo, la nana bruna si contrae e si raffredda. I valori di raggio quantico, quando il nucleo è molto nell'universo. e temperatura superficiale qui indicati sono relativi a un oggetto di 40 masse gioviane. to differente diede frutti spettacolari. primaria. Una delle compagne confer- sentirne la formazione. La sua cospi- potrebbe essere generata anche dalla cata nell'ammasso. Cosa ancora più una serie continua di corpi che arriva Un gruppo di astronomi del California mate è 1000 volte più debole della pri- cua presenza in GI 229B garantiva che stella più fioca (circa 1800 kelvin). Ha importante, i ricercatori spagnoli han- fino a valori di massa planetaria - al di Institute of Technology e della Johns maria, la stella di piccola massa Gliese l'oggetto non potesse essere una stella. raggiunto questa condizione perché è no effettuato la prima stima utile del sotto di 13 masse gioviane - oppure Hopkins University aveva intrapreso la 229A. Poiché già si sapeva che la pri- Allo stesso convegno il gruppo delle vecchia di alcuni miliardi di anni. Non numero di nane brune nelle Pleiadi, esiste uno iato fra la nana bruna più ricerca di nane brune che fossero com- maria era debole, si è dedotto che la lu- Canarie riferì l'osservazione di diverse ne conosciamo l'età esatta, il che lascia contando le candidate più probabili in leggera e il pianeta più pesante, dovuto pagne di stelle di piccola massa in siste- minosità della compagna dovesse esse- nuove probabili nane brune nell'am- qualche incertezza riguardo alla mas- una piccola area esplorata e poi estra- al differente meccanismo di formazio- mi binari vicini. Essi avevano munito il re ben inferiore a quella della stella me- masso delle Pleiadi, ipotizzando che si- sa, ma è probabilmente 30-40 volte polando questo numero sull'intero am- ne? I luoghi migliori dove cercare ri- telescopio da 1,5 metri di Mount Palo- no brillante possibile. Il gruppo di ri- mili corpi potessero essere relativa- più massiccia di Giove. Viceversa, PP1 masso. I loro risultati indicano che nel- sposte sono gli ammassi stellari molto mar di uno strumento che bloccava cerca non annunciò i suoi risultati fino mente numerosi. Per di più, un gruppo 15, Teide 1 e Calar 3 nelle Pleiadi han- le Pleiadi il numero delle stelle e quello recenti, nei quali anche le nane brune gran parte della luce della stella prima- a quando non riuscì a ottenere uno diretto da Michel Mayor dell'Osserva- no massa maggiore.(da 50 a 70 masse delle nane brune sarebbero confronta- di massa più piccola sono ancora ab- ria, permettendo di vedere più facil- spettro infrarosso dell'oggetto. torio di Ginevra annunciò la scoperta gioviane) e sono anche molto più calde bili. Se questo è vero in generale, signi- bastanza luminose da essere osservabi- mente una compagna debole. Nel A una sessione del Cambridge del primo pianeta extrasolare, un gi- (avendo una temperatura superficiale fica che la nostra galassia, da sola, con- li. Ricognizioni della regione del Toro, 1993 osservarono diverse ipotetiche Workshop on Cool Stars, Stellar Sy- gante gassoso in orbita intorno a 51 di 2600-2800 kelvin), soprattutto per- terrebbe circa 100 miliardi di nane effettuate da un gruppo di astronomi nane brune; per essere certi che non si stems and the Sun dell'ottobre 1995, il Pegasi. Era bastata una mattina per ché sono notevolmente più giovani. brune. Ma significa anche che, essendo giapponesi, e della regione di Orione, a trattasse di stelle di sfondo, aspettaro- gruppo Caltech/Johns Hopkins annun- chiudere in maniera spettacolare la Una volta verificati i metodi per in- molto più leggere delle stelle, non sono opera del team Canarie/Berkeley, hanno un anno e poi ottennero una nuova ciò la scoperta di Gl 229B, la nana frustrante ricerca di oggetti substellari. dividuare le nane brune, le scoperte si il componente dominante della massa no rivelato oggetti che sembrano avere serie di immagini. Dato che gli oggetti bruna compagna di GI 229A. Era un La maggior parte degli astronomi sono susseguite a ritmo crescente. Di- dell'universo: la speranza che potesse- masse appena superiori al limite delle in questione sono relativamente vicini oggetto chiaramente substellare, data considera Gl 229B come la prima nana versi ricercatori hanno ripreso a esami- ro costituire una soluzione del mistero 13 masse gioviane. Sembra quindi che al sistema solare, il loro moto nella la sua debole luminosità, e la prova de- bruna certa, perché è un milione di nare le Pleiadi. Il gruppo delle Canarie, della materia oscura è svanita. le nane brune possano avere tutti i pos- Galassia rispetto alle stelle di sfondo è cisiva fu l'individuazione di metano nel volte più debole del Sole e ha una tem- a cui si era unita Maria Rosa Zapatero Altri ricercatori si sono concentrati sibili valori di massa intermedi (si veda percepibile. Se l'ipotetica nana bruna suo spettro. Questo composto è comu- peratura superficiale che non arriva a Osorio dell'Istituto di astrofisica, ha sulla distribuzione di massa delle nane la finestra a pagina 54). fa davvero parte di un sistema doppio, ne nell'atmosfera dei pianeti giganti, 1000 kelvin: di gran lunga inferiore, scoperto una nana bruna di sole 35 brune. Qual è la massa minima possi- Nel 1997 il gruppo diretto da deve condividere il moto della stella ma le stelle sono troppo calde per con- quindi, alla temperatura minima che masse gioviane: la più leggera identifi- bile per questa classe di oggetti? Vi è Mayor annunciò di aver identificato 52 LE SCIENZE 382/ giugno 2000 LE SCIENZE 382/ giugno 2000 53