La Meccanica Quantistica è la teoria di maggior successo nella storia della scienza. Formulata inizialmente per spiegare la struttura atomica della materia, oggi è utilizzata per descrivere i più diversi domini della fisica, dalle particelle elementari alle stelle che popolano l’universo. La teoria ha anche aperto la strada a importantissime innovazioni tecnologiche, che hanno cambiato la nostra vita quotidiana: il laser, il transistor, la risonanza magnetica nucleare (RMN) sono alcuni tra gli esempi più famosi.
Nonostante questi impressionanti successi, la Meccanica Quantistica non ha mai cessato di suscitare perplessità circa il suo significato e i suoi limiti di validità. Il dibattito è iniziato subito dopo la formulazione della teoria, coinvolgendo i maggiori protagonisti dell’epoca - Einstein, Schrödinger, Bohr, Heisenberg, Born - e oggi è più vivo che mai.
La comunità scientifica sta prendendo sempre maggiore consapevolezza che la teoria, seppur molto efficace sul piano predittivo, pone formidabili sfide sul piano matematico e interpretativo: dal "problema della misura", alla non località, alla transizione micro-macro, al rapporto con la gravità.
Per superare queste sfide, l’11 aprile 2011 gli scienziati che lavorano su queste problematiche si sono riuniti a Bruxelles per dare avvio al primo network europeo dedicato alla Meccanica Quantistica e ai suoi fondamenti. Il network si chiama "Fundamental Problems in Quantum Physics", è finanziato dal programma COST dell’Unione Europea, e vede la partecipazione di 40 tra i più importanti fisici del settore, provenienti da 20 paesi europei e limitrofi.
Questo progetto si è classificato primo rispetto ai 60 inizialmente presentati, dopo una complessa procedura di valutazione a cui hanno partecipato oltre 30 valutatori internazionali. Il network coordinerà la ricerca attraverso incontri periodici, conferenze, workshops, scambi bilaterali, e promuoverà l’inserimento di giovani ricercatori nel mondo della ricerca.
Durante l’incontro di Bruxelles, Angelo Bassi - ricercatore dell’Università di Trieste - è stato eletto coordinatore nel network, a conferma della vitalità e importanza della scuola di Meccanica Quantistica dell’ateneo triestino, che ora assume anche un ruolo di leadership a livello internazionale. Iniziata da GianCarlo Ghirardi e famosa in tutto il mondo per i suoi contributi alla comprensione della teoria quantistica, la scuola si è ampliata negli anni e continua, oltre all’alto livello dell’attività di ricerca, a formare studenti e dottorandi, a collaborare con giovani ricercatori, e a organizzare attività e incontri in ambito internazionale.
Il progetto individua quattro linee di ricerca principali:
1. Teoria Quantistica senza osservatori. È noto che la Meccanica quantistica pone seri problemi interpretativi, che non possono essere superati con una semplice riformulazione della teoria, come inizialmente ci si aspettava. Molto lavoro è stato fatto e molto resta da fare, per ri-fondare la Meccanica Quantistica su solide basi matematiche, e molti scienziati sono impegnati in questo compito difficile. Sta inoltre emergendo la convinzione, espressa anche da fisici famosissimi quali J. Bell, S.L. Adler, e il premio Nobel per la fisica A.J. Leggett, che il risultato di questi sforzi sarà una nuova teoria, ancora tutta da inventare, che rivoluzionerà la nostra comprensione del mondo.
2. Dinamiche efficaci per sistemi complessi. Un settore della ricerca molto studiato ma non ancora compreso a fondo è il confine tra il micro-mondo quantistico delle particelle e degli atomi e il macro-mondo classico della nostra esperienza quotidiana. In questo confine si trovano sistemi (tipicamente, molecole di grosse dimensioni), che sono troppo complessi per essere studiati tramite la meccanica quantistica, ma allo stesso tempo troppo piccoli per comportarsi come oggetti classici; sono sistemi a cavallo tra l’essere puramente quantistici e l’essere di fatto classici. La grossa sfida è elaborare modelli matematici che tengano conto di queste caratteristiche. Oltre all’interesse teorico, fondamentali sono le implicazioni dal punto di vista tecnologico. Una su tutte: la fotosintesi. Il meccanismo della fotosintesi è noto nelle sue linee generali, tuttavia la ragione per cui le piante sono in grado di produrre energia con un’elevatissima efficienza è ancora sconosciuta e probabilmente risiede nella natura quantistica degli scambi energetici. Capire questo meccanismo significa scoprire come produrre energia in modo molto più efficiente di quanto si riesca a fare finora. 
3. La Meccanica Quantistica incontra la Relatività. Da oltre 50 anni la Meccanica Quantistica e la Relatività Speciale di Einstein sono state combinate in quella che ha preso il nome di Teoria Quantistica dei Campi. Il successo di questa teoria è impressionante; non a caso, un eccezionale sforzo economico e tecnologico è stato compiuto per costruire il nuovo acceleratore LHC al CERN di Ginevra, al fine di approfondire lo studio della teoria e del suo prodotto più avanzato: il Modello Standard delle particelle elementari. Tuttavia anche questa teoria presenta problematiche di fondo non ancora risolte: i suoi fondamenti matematici non sono ancora stati chiariti; il rapporto tra la richiesta di località della Relatività Speciale e il carattere non-locale della Meccanica Quantistica rimane un mistero; il programma di unificazione con la Relatività Generale non è completo. Il matrimonio tra Meccanica Quantistica e Relatività ha avuto molto successo sul lato pratico, ma è sempre stato problematico. Rimane una costante tensione tra le due teorie, ancora lontana dall’essere risolta.
4. Dalla teoria agli esperimenti. L’impegno dei fisici teorici nel capire la Meccanica Quantistica, e risolvere i misteri che essa presenta, è enorme. A esso corrisponde l’impegno dei fisici sperimentali nel verificare le proprietà più sorprendenti della teoria, e nel controllare i suoi limiti di validità. Molti gruppi europei sono impegnati a progettare e realizzare esperimenti di ottica quantistica, di fisica molecolare, atomica, nucleare e subnucleare. Lo scopo è capire più a fondo la teoria, verificarne le predizioni, e forse trovare nuovi effetti. Il premio Nobel per la fisica A.J. Leggett ha recentemente dichiarato: “Sono propenso a scommettere che se si spinge la Meccanica Quantistica oltre un certo limite, essa fallirà e qualcos’altro prenderà il suo posto - qualcosa di cui non conosciamo nulla al momento”.
I problemi fondamentali della Meccanica Quantistica qui rapidamente elencati sono di primissimo interesse concettuale, hanno aperto la strada ad alcuni tra i più interessanti esperimenti di fisica, i quali in futuro porteranno a nuove scoperte tecnologiche. Il network “Fundamental Problems in Quantum Physics”, guidato dal gruppo di Trieste, coordinerà la ricerca in questo che è uno dei più affascinanti settori della fisica contemporanea.
