Se i gravitoni esistono, questo esperimento potrebbe trovarli

La gravità, la forza che mantiene i pianeti in orbita e ci tiene a terra, è una delle quattro forze fondamentali dell’Universo. Anche se abbiamo una profonda conoscenza delle altre tre forze (elettromagnetica, forte e debole), la gravità rimane un enigma nel quadro della fisica quantistica. Gli scienziati hanno cercato a lungo di capirlo su scala quantistica, in particolare cercando un’ipotetica particella chiamata gravitone, ritenuta il portatore della forza gravitazionale. Recentemente è stato proposto un nuovo approccio sperimentale per rilevare questi gravitoni, che promette di rivelare aspetti nascosti della gravità.

Gravità: una forza enigmatica

IL gravità è una forza fondamentale che agisce tra tutti gli oggetti dotati di massa. È responsabile della spinta che sentiamo verso il suolo e del modo in cui gli oggetti celesti interagiscono nello spazio.

Nel dettaglio, a differenza di altre forze, come l’elettromagnetismo, che possono essere spiegate in termini di particelle che si scambiano forze, la gravità è spesso descritta attraverso curvatura dello spazio-temposecondo la teoria della relatività generale di Albert Einstein. Questa teoria afferma che gli oggetti massicci, come i pianeti e le stelle, distorcono lo spaziotempo attorno a loro e creano una “fossa” in cui vengono trascinati altri oggetti. La gravità non è quindi semplicemente una forza di attrazione, ma anche un effetto del modo in cui la massa influenza la struttura stessa dell’Universo, modellando le traiettorie dei corpi celesti e determinando la formazione di galassie, stelle e sistemi planetari.

Tuttavia, nonostante la sua presenza universale e il suo ruolo cruciale, la gravità non lo è non ben spiegato dalla fisica quantistica. Questa branca della fisica, che descrive le interazioni delle particelle su scala molto piccola, è riuscita infatti a descrivere tre delle quattro forze fondamentali dell’Universo grazie alle particelle mediatrici. Ad esempio, il fotone è responsabile della forza elettromagnetica, mentre i gluoni e i bosoni W e Z spiegano rispettivamente la forza forte e quella debole. Tuttavia, per la gravità, non è stata ancora identificata alcuna particella mediatrice, il che ci riporta al gravità. Secondo diversi teorici questa ipotetica particella sarebbe infatti responsabile della forza gravitazionale. Tuttavia, non è stato ancora rilevato direttamente.

Una nuova esperienza

Per rilevare questi gravitoni, un team di ricercatori guidato dal professor Igor Pikovsky dello Stevens Institute of Technology propone un nuovo approccio sperimentale. Il loro metodo utilizza risonatori acusticidispositivi pesanti e cilindrici, per rilevare le vibrazioni causate dai gravitoni. Questo approccio si ispira al principio dell’effetto fotoelettrico che fu fondamentale nello sviluppo della teoria quantistica della luce di Albert Einstein.

La teoria alla base di questo esperimento si basa principalmente sull’idea che, se esistessero, i gravitoni interagirebbero con la materia in maniera quantistica. Quando un gravitone venisse assorbito, causerebbe quindi una discreta variazione nell’energia del risonatore. Utilizzando risonatori raffreddati a temperature estremamente basse per ridurre al minimo il rumore di fondo, sperano i ricercatori rilevare questi cambiamenti energetici come vibrazioni specifiche nei risonatori.

Versare confermare I ricercatori intendono utilizzare i dati provenienti da questo metodo rilevatori di onde gravitazionali come LIGO. Quest’ultimo è in grado di rilevare le onde gravitazionali provenienti dai principali fenomeni cosmici, come le collisioni di buchi neri o stelle di neutroni. Confrontando i dati ottenuti con le vibrazioni dei risonatori, i ricercatori sperano di identificare le firme dei gravitoni.

Il potenziale impatto di questa ricerca e le sfide future

Questo nuovo approccio potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione della gravità e della fisica quantistica. La rilevazione diretta dei gravitoni consentirebbe infatti di testare le teorie esistenti sulla gravità quantistica e potrebbe aprirne la strada scoperte fondamentali sulla struttura dell’Universo. Rimangono tuttavia diverse sfide. I rivelatori necessari per questo esperimento sono infatti estremamente sensibili e richiedono condizioni sperimentali molto precise. Inoltre, i risonatori devono essere in grado di rilevare segnali molto deboli, il che rappresenta una notevole sfida tecnica.

Gli scienziati sono quindi ottimisti, ma cauti. Secondo il professor Pikovsky, anche se siamo ancora lontani dalla soluzione di tutti i misteri della gravità quantistica, i primi passi compiuti grazie a queste nuove tecniche ci avvicinano a questa comprensione. La capacità di misurare livelli discreti di energia nei risonatori acustici potrebbe quindi fornire indizi cruciali sulla natura dei gravitoni e aiutare a perfezionare il nostro modello dell’Universo.