L’osservatorio per i raggi gamma Integral, dell’Agenzia spaziale europea (Esa), ha fornito risultati che si pensa influiranno in modo radicale sulla ricerca in fisica fondamentale. È stato infatti mostrato che la granulosità della struttura dello spazio dev’essere molto più fine di quanto predetto dalle teorie esistenti. Tutti, ovviamente, sanno cosa sia la granularità quantistica… Scherzo. Partiamo dall’inizio
FUTURO – La teoria della relatività generale di Einstein descrive le proprietà della gravità e assume che lo spazio sia un tessuto liscio e continuo. D’altra parte, la teoria quantistica, che con la relatività generale non sembra andare molto d’accordo, suggerisce che lo spazio dovrebbe essere granulare a scale molto piccole, come la sabbia di una spiaggia.
Una dei problemi principali della fisica contemporanea è conciliare questi due aspetti in un’unica teoria della gravità quantistica. Ora, Integral ha stabilito nuovi e più precisi limiti alle dimensioni di questi ‘grani’ quantistici dello spazio, mostrando che essi sono molto più piccoli di quanto alcune teorie della gravità quantistica suggerirebbero. Lo studio che ha permesso di arrivare a queste conclusioni, effettuato da Philippe Laurent e colleghi del Commissariat à l’énergie atomique di Saclay, non lontano da Parigi, è stato pubblicato sull’ultimo numero di Physical Review D.
Secondo i calcoli, i minuscoli grani dello spazio influirebbero sul modo in cui i raggi gamma viaggiano nello spazio. I grani distorcono i raggi di luce, cambiando la direzione in cui questi oscillano: una proprietà detta polarizzazione. I raggi gamma di alta energia dovrebbero essere più distorti di quelli di bassa energia, e la differenza di polarizzazione può essere usata per stimare le dimensioni dei grani.
Il gruppo di Laurent ha usato dati ricavati da Integral per cercare la differenza di polarizzazione tra i raggi gamma di alta e di bassa intensità, emessi durante una delle più potenti esplosioni di raggi gamma (in inglese, gamma-ray burst, o Grb) mai rilevate. Si pensa che la maggior parte di queste esplosioni, tra le più energetiche che avvengano nell’universo, si verifichino quando stelle con masse molto grandi collassano in stelle di neutroni o in buchi neri durante una supernova, arrivando così a un’emissione potentissima di raggi gamma, che dura appena qualche secondo o minuto, ma che produce una luce più brillante di quella di intere galassie.
L’esplosione di raggi gamma che ha avuto luogo il 19 dicembre 2004 è stata immediatamente riconosciuta come una delle più luminose mai viste. È stata così intensa che Integral è riuscito a misurare la polarizzazione dei suoi raggi gamma con grande accuratezza. Laurent e colleghi hanno cercato le differenze nella polarizzazione a diverse energie, ma non ne hanno trovata nessuna.
Alcune teorie suggeriscono che la natura quantistica dello spazio si manifesti alla scala di Planck, cioè a 10-35metri (basti pensare che 10-9 m è un miliardesimo di metro per avere un’idea delle minuscole dimensioni a cui ci riferiamo). Tuttavia, le osservazioni di Integral sono circa diecimila volte più accurate delle precedenti, e mostrano che la granularità quantistica deve manifestarsi a un livello di 10-48 m, o a uno ancora minore. “È un risultato molto importante per la fisica fondamentale, e ci permetterà di escludere alcune teorie delle stringhe e della gravità quantistica a loop“, afferma Laurent.
Integral ha fatto un’osservazione simile nel 2006, quando ha rivelato un’emissione polarizzata proveniente dalla nebulosa del Granchio: erano i resti di un’esplosione di supernova ad appena 6500 anni luce dalla Terra (non è ironico: in termini di distanze astronomiche, 6500 anni luce sono relativamente pochi), nella nostra galassia.
Questa nuova osservazione è molto più significativa, però, giacché la prima esplosione era a una distanza di almeno 300 milioni di anni luce. In principio, il piccolo effetto di distorsione dovuto ai grani quantistici dovrebbe essersi accumulato, percorrendo la grande distanza, in un segnale rilevabile. Poiché non è stato visto nulla, allora i grani devono essere ancora più piccoli di quando si sospettasse in precedenza. Il risultato è anche epistemologicamente interessante: infatti, come nel più noto caso dell’esperimento di Michelson e Morley sulla velocità della luce del 1887, si arriva a un risultato partendo dal presupposto di misurare una differenza, che invece alla fine si scopre non esserci.
“Quella alla fisica fondamentale è una delle applicazioni meno ovvie dell’osservatorio Integral per i raggi gamma”, commenta Christoph Winkler, capo-progetto dell’osservatorio. “Tuttavia, ci ha permesso di fare un grande passo in avanti nello studio della natura dello spazio”. Ora toccherà ai teorici, che dovranno riesaminare le loro teorie alla luce di questi nuovi risultati.
