Da decenni, la gravità, una delle forze fondamentali dell’universo, sfida la nostra comprensione scientifica. Sebbene le teorie esistenti spieghino efficacemente come la gravità influisce su scale cosmiche, come quelle dei pianeti e delle stelle, resta un enigma quando si tratta di scale molto più piccole, governate dalla meccanica quantistica. Questo divario di comprensione ha spinto i fisici a cercare risposte, e recentemente, un gruppo di ricercatori ha avanzato una proposta rivoluzionaria che potrebbe finalmente permetterci di “vedere” la gravità.
La sfida della gravità quantistica
Tradizionalmente, la gravità è descritta dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein, che spiega come la presenza di massa e energia curvi lo spazio-tempo, creando quello che percepiamo come “gravità“. Tuttavia, questa teoria, pur essendo estremamente efficace su grandi scale, non si integra perfettamente con la meccanica quantistica, che governa le particelle subatomiche. L’unificazione di queste due teorie è uno dei principali obiettivi della fisica moderna, e uno degli ostacoli più grandi è rappresentato dai cosiddetti gravitoni, particelle teoriche che mediano la forza di gravità.
I gravitoni sono ipotizzati per essere responsabili della trasmissione della forza gravitazionale in modo simile a come i fotoni trasmettono l’elettromagnetismo. Tuttavia, i gravitoni interagiscono con la materia in modo estremamente debole, rendendoli quasi impossibili da rilevare con le tecnologie attuali. Per questa ragione, finora non siamo riusciti a osservarli direttamente, e la gravità rimane una delle forze meno comprese a livello quantistico.
Una nuova proposta: l’effetto “gravito-fononico”
Il team di ricerca guidato da Igor Pikovski ha recentemente pubblicato un articolo su Nature Communications che potrebbe cambiare le cose. La loro proposta è quella di utilizzare tecniche di sensori quantistici per rilevare i gravitoni. Questo approccio si basa su un concetto di fisica noto, l’effetto fotoelettrico, che Albert Einstein spiegò per la prima volta nel 1905. Einstein aveva teorizzato che la luce è composta da particelle discrete chiamate fotoni, e aveva utilizzato questa idea per spiegare l’effetto fotoelettrico, dove l’energia viene scambiata tra luce e materia in quantità discrete. Questa scoperta, inizialmente accolta con scetticismo, ha rivoluzionato la nostra comprensione della luce e dei fenomeni quantistici.
“La nostra soluzione imita l’effetto fotoelettrico, ma utilizziamo risonatori acustici e onde gravitazionali che attraversano la Terra,” ha spiegato Germain Tobar, dottorando e coautore dello studio. “Lo chiamiamo effetto ‘gravito-fononico’.”
Il funzionamento del rilevatore di gravitoni
Il rilevamento dei gravitoni proposto dai ricercatori implica l’uso di un cilindro massiccio realizzato con barre di alluminio e raffreddato al suo stato di energia quantistica più basso. Quando un’onda gravitazionale ad alta energia passa attraverso il cilindro, questa dovrebbe causare una leggera distorsione, allungando e comprimendo alternativamente il cilindro. Monitorando queste vibrazioni, i ricercatori sperano di osservare “salti quantistici” nell’energia del cilindro, che rappresenterebbero l’assorbimento o l’emissione di un singolo graviton.
La difficoltà principale è che i segnali significativi si verificherebbero solo in presenza di onde gravitazionali particolarmente forti. Per ottenere risultati concreti, i ricercatori dovranno quindi fare affidamento su eventi eccezionali come la famosa collisione di stelle di neutroni avvenuta nel 2017, che ha prodotto onde gravitazionali abbastanza forti da poter essere rilevate. L’idea è di utilizzare osservatori di onde gravitazionali esistenti, come LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), per migliorare la rilevazione e confermare i risultati.
“Aspettiamo che LIGO rilevi un’onda gravitazionale in transito e osserviamo come essa produca salti quantistici nel nostro rilevatore allo stesso tempo,” ha dichiarato Thomas Beitel, un altro coautore dello studio. LIGO, il più grande osservatorio di onde gravitazionali del mondo, gioca un ruolo cruciale in questa ricerca, offrendo la possibilità di rilevare eventi gravitazionali con una sensibilità senza precedenti.
Un futuro promettente ma impegnativo
Nonostante l’entusiasmo per questa nuova proposta, i ricercatori sono ben consapevoli delle sfide tecniche che li attendono. La loro idea rappresenta un grande salto nella ricerca quantistica, richiedendo tecnologie avanzate e una precisione senza precedenti. Tuttavia, il potenziale impatto di tale scoperta potrebbe essere immenso, non solo per la nostra comprensione della gravità, ma anche per l’avanzamento delle tecnologie di rilevamento quantistico.
Se questo approccio dovesse rivelarsi efficace, potrebbe segnare un punto di svolta nella fisica, aprendo la strada a nuove scoperte e tecnologie che potrebbero rivoluzionare la nostra comprensione dell’universo e delle sue forze fondamentali. I prossimi anni saranno cruciali per vedere se il sogno di “vedere” la gravità diventerà realtà, e i ricercatori sono già al lavoro per affrontare le sfide e sfruttare le opportunità che questo affascinante campo della scienza ha da offrire.
