Quando consideri, ad esempio, un salmone o un piccione, probabilmente il tuo primo pensiero non è “Wow, scommetto che quel tipo è un esperto di meccanica quantistica” – eppure, è proprio ciò che suggeriscono le evidenze: questi animali, tra gli altri, sfruttano alcune delle scienze più avanzate attualmente comprese dagli esseri umani nella loro vita quotidiana – e secondo un nuovo studio, lo fanno in modi che spingono ai limiti della fisica quantistica. “Un gran numero di sensori magnetici, come i dispositivi di interferenza quantistica superconduttiva, il pompaggio ottico e i magnetometri a vacanza di azoto, sono stati mostrati soddisfare il limite di risoluzione energetica,” spiegano gli autori, fisici Iannis Kominis ed Efthimis Gkoudinakis dell’Università di Creta, nel loro articolo. “Questo limite implica una limitazione fondamentale su ciò che può essere raggiunto nella rilevazione magnetica.”
Fondamentalmente, la performance di un sensore magnetico dipende da tre cose: il suo volume, la sensibilità e il tempo di misurazione. Più piccolo è il risultato, più sensibile è il magnete. Sembra semplice? Forse – ma al giorno d’oggi, possiamo arrivare a dimensioni davvero minuscole. Se si scende troppo in scala, le cose iniziano a diventare un po’ instabili – o, come preferiscono chiamarlo i fisici, quantistiche. È sia una benedizione che una maledizione nella magnetometria: la scala minuscola elimina gran parte del rumore dimensionale, e questo ci ha permesso di fare enormi progressi nella sensibilità dei nostri sensori negli ultimi anni – ma allo stesso tempo, porta con sé una fragilità intrinseca. Dopotutto, come è noto, gli stati quantistici possono essere distrutti semplicemente guardandoli nel modo sbagliato.
Anche nel mondo sfocato e probabilistico della fisica quantistica, però, c’è un limite a quanto piccolo si può andare. Sia teoricamente che, recentemente, sperimentalmente, il limite per la sensibilità magnetica è fissato alla costante di Planck – un valore infinitesimalmente piccolo di 6.62607015×10−34 Joule-secondi, generalmente indicato con ℏ. “A livello qualitativo, più la risoluzione energetica è vicina a ℏ, più ‘quantistico’ è il sensore,” scrivono i ricercatori.
Quindi, cosa c’entra tutto questo con i sensi degli animali? Beh, i biologi sanno da tempo che molti animali hanno la capacità di percepire i campi magnetici – è così che gli uccelli trovano la strada di casa, come le volpi trovano successo nella caccia e come i cani sanno dove fare i loro bisogni. Sono anche bravi, a un livello che gli scienziati hanno trovato quasi sconcertante – il campo magnetico terrestre è estremamente debole, tutto sommato, eppure queste creature riescono a sfruttarlo con un livello di precisione sorprendente. Ciò significa che devono operare a livelli di magnetorecezione vicini al limite quantistico – ma quanto vicini è rimasto finora un mistero. Ad essere onesti, non siamo ancora nemmeno sicuri di come gli animali lo facciano: ci sono alcune teorie concorrenti e probabilmente non mutualmente esclusive, e anche queste sono vaghe nei dettagli. “Negli ultimi sei decenni, gli scienziati hanno considerato diversi meccanismi biofisici per spiegare la magnetorecezione biologica,” spiega una dichiarazione dell’Università di Creta, ma “non sono ancora completamente compresi, e i parametri fisici rilevanti non sono precisamente noti.”
Kominis e Gkoudinakis, tuttavia, hanno deciso di lavorare a ritroso per trovare le risposte. “Poiché i magnetometri biologici rispettano le leggi della fisica, e quindi ci si aspetta che soddisfino anche il limite di risoluzione energetica, il limite viene utilizzato per vincolare quei parametri biofisici,” afferma la dichiarazione. Il risultato? Non solo alcuni dei meccanismi proposti per la magnetorecezione biologica sono fattibili, ma opererebbero anche – teoricamente, almeno – proprio a quel limite quantistico. Sarebbe come guardare una TV con pixel della lunghezza di Planck – praticamente impossibile ottenere una risoluzione più alta. E tutto questo è stato dentro le mosche della frutta per tutto questo tempo.
Tuttavia, non dobbiamo sentirci troppo male per essere arrivati secondi rispetto a un insetto. Ora che abbiamo capito come lo fanno, potremmo essere in grado di migliorare i nostri sensori magnetici da laboratorio, credono i ricercatori. “Se [gli scienziati] vogliono fare le misurazioni più sensibili, dobbiamo andare quantistici,” ha detto Kominis alla rivista Physics. “Imitare i magnetorecettori biologici può guidare tale ingegneria quantistica.” L’articolo è pubblicato sulla rivista PRX Life.