CRONACA – La teoria della gravità di Einstein e la fisica quantistica dovrebbero fondersi al limite noto come scala di Planck, caratterizzato da enormi energie che e da distanze minuscole. Quando si parla di lunghezza di Planck, ci si riferisce a dimensioni così piccole che, se supponessimo che questa scala equivale a un metro, allora un atomo sarebbe grande quanto l’intero Universo. Intorno a questo limite, si pensa, potrebbero apparire nuovi fenomeni: tuttavia, energie e distanze simili sono talmente remote dalle capacità sperimentali attuali, che si ritiene che testare le predizioni della gravità quantistica sia quasi impossibile.
Ora, invece, una collaborazione internazionale tra i gruppi di Caslav Brukner e Markus Aspelmeyer dell’università di Vienna, e Myungshik Kim dell’Imperial College di Londra, ha proposto un nuovo esperimento usando degli specchi della massa di Planck (22 micrometri circa, cioè un millesimo della massa di un granello di sabbia). Un esperimento simile potrebbe testare alcune predizioni fatte dalla gravità quantistica in laboratorio. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature Physics.
La ricerca di una teoria che unifichi la meccanica quantistica e la teoria della gravità einsteiniana è una delle sfide principali della fisica moderna. La meccanica quantistica descrive gli effetti alla scala delle singole particelle, atomi e molecole. La teoria della gravità di Einstein, invece, è usata quando si è in presenza di grandi masse.
Ora, la scala di Planck a cui si verificherebbe l’unificazione delle due teorie fisiche, oltre a una lunghezza e a una massa, è caratterizzata anche da un’energia omonima, così grande che perfino l’Lhc al Cern ne raggiunge soltanto una piccolissima frazione, e che un acceleratore di particelle dovrebbe avere dimensioni astronomiche per avvicinarvisi. L’idea della collaborazione austro-britannica è stata guardare agli effetti della gravità quantistica in sistemi con massa simile a quella di Planck.
In meccanica quantistica, è impossibile determinare con assoluta precisione, allo stesso momento, la posizione e la velocità di una particella. Tuttavia, è possibile eseguire due misurazioni successive: una prima, della posizione della particella, seguita da una seconda, del suo momento; o viceversa. Nella fisica quantistica le due diverse successioni di misure producono diversi risultati sperimentali.
Secondo molte teorie della gravità quantistica, questa differenza sarebbe alterata dalla massa del sistema, dal momento che la scala di Planck pone un limite fondamentale alle misure di distanze. Il gruppo di fisici ha ora mostrato che, benché queste modifiche possa essere molto piccole, potrebbero comunque essere rilevate usando sistemi quantistici di grande massa in laboratorio, permettendo in questo modo di testare alcune previsioni della gravità quantistica.
L’idea di base è usare un impulso laser che interagisca quattro volte con uno specchio mobile, per misurare esattamente la differenza esistente tra una misura della posizione che segua quella del momento, e un’altra che la preceda. Programmando e pianificando le interazioni con molta precisione, il gruppo ha mostrato che è possibile mappare l’effetto della gravità sull’impulso laser, e leggerlo con le tecniche usate in ottica quantistica.
“Una deviazione dal risultato quantomeccanico atteso sarebbe molto interessante”, sostiene Igor Pikovski, primo autore del lavoro, “ma anche se non si dovesse osservare alcuna variazione, il risultato potrebbe comunque essere d’aiuto nella ricerca di nuove possibili teorie”. Alcuni approcci teorici alla gravità quantistica in effetti predicono risultati differenti per l’esperimento: è un tipico caso di win-win. I fisici, insomma, hanno dimostrato che la possibilità di mettere alla prova in laboratorio queste teorie ancora inesplorate, e che per farlo si può fare a meno sia di acceleratori di particelle ad alte energie, sia di rari eventi astrofisici.
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