La spinosa questione se gli esseri umani possano osservare i singoli fotoni

Gli esseri umani possono vedere singoli fotoni? Sembra una domanda relativamente semplice a cui rispondere, ma il problema si sta rivelando più spinoso e contorto di quanto si sospettasse. Ma è anche uno che influenza profondamente le nostre ragionevoli aspettative per i sensori futuri.

L'occhio umano è estremamente sensibile alla luce. I fisici sanno da tempo che i bastoncelli fotosensibili nella parte posteriore dell'occhio possono essere stimolati da singoli fotoni. Ma non sanno se questa influenza può propagarsi attraverso il sistema visivo e cognitivo e portare alla percezione.

La tecnologia per testare questa idea è diventata disponibile solo di recente. Negli ultimi anni, i fisici hanno sviluppato pistole fotoniche in grado di produrre coppie di fotoni su richiesta, con elevata affidabilità.

Ora lo vedi, ora no.

Le coppie sono importanti perché forniscono un modo per monitorare quando la pistola fotonica è stata attivata. Un fotone viene inviato all'esperimento mentre l'altro viene tenuto dallo sperimentatore, che poi sa che la pistola ha sparato.

L'esperimento stesso è in sostanza semplice. Si tratta di sparare un fotone in un occhio umano e poi decidere se il soggetto lo ha osservato o meno.

In pratica, l'esperimento è complicato, anche a causa dell'enorme numero di prove necessarie per ottenere un risultato statisticamente significativo e dell'inaffidabilità degli osservatori umani.

Il mese scorso, Alipasha Vaziri dell'Università di Vienna in Austria e pochi amici hanno pubblicato i risultati della propria versione di questo esperimento. Hanno irradiato singoli fotoni negli occhi dei soggetti umani e hanno chiesto loro di registrare quando hanno visto un fotone. Hanno anche chiesto loro di registrare la confidenza della loro osservazione su una scala da 1 a 3.

L'esperimento ha coinvolto oltre 30.000 prove di cui 2.420 hanno utilizzato fotoni reali. I soggetti hanno osservato correttamente i fotoni il 51,6% delle volte.

Ciò porta Vaziri e compagni a una chiara conclusione. Gli esseri umani possono rilevare un incidente di un singolo fotone sulla cornea con una probabilità significativamente superiore al caso, affermano in Nature Communications.

Ma quel risultato è ora in discussione. Oggi, Paul Kwiat e amici dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign affermano che i dati non supportano una conclusione così solida. Dicono che l'esperimento di Vaziri e compagni non abbia il potere statistico per sostenere la loro conclusione. Non possiamo concludere che gli esseri umani possano vedere singoli fotoni sulla base dei dati di questo studio, affermano Kwiat e co.

Il gruppo di Kwiat è ben posizionato per giudicare questo lavoro, avendo condotto i propri esperimenti sui limiti della visione umana.

Quindi, per il momento, la giuria è fuori: non possiamo ancora dire chiaramente se gli esseri umani possono osservare singoli fotoni.

Ma perché è importante? La risposta è che questo tipo di lavoro esplora i limiti fisici della biologia. L'energia di un singolo fotone è quasi inimmaginabilmente piccola, nella regione di 10-19 Joule. Eppure il cervello umano è una macchina calda e umida che è regolarmente sommersa dal rumore.

La capacità di rilevare una così piccola quantità di energia rivelerebbe quanto potenti possono essere i sensi biologici, anche in ambienti caldi e umidi.

Questa è un'abilità che i fisici e gli ingegneri vorrebbero molto copiare. Quindi questo lavoro, e il lavoro che probabilmente seguirà, stabilirà il livello per i bioingegneri. Qualunque sia il limite, aspettatevi come risultato significativi progressi tecnologici.

Rif: arxiv.org/abs/1707.09341 : Corrispondenza: ancora nessuna prova per il rilevamento di singoli fotoni da parte dell'uomo Comunicazioni sulla natura 7, Numero articolo: 12172 (2016) : Rilevamento diretto di un singolo fotone da parte degli esseri umani

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