MAGIA misura la curvatura del campo gravitazionale

Dopo i primi risultati dello scorso giugno sulla misura di G, il metodo messo a punto da INFN e Lens porta ulteriori novità

2222548359_e6a0b97e2b_zSCOPERTE – Avevamo già parlato dell’esperimento MAGIA, quando un team di ricercatori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e del Laboratorio Europeo di Spettroscopia non Lineare (Lens) di Firenze aveva ottenuto una misura molto precisa della costante gravitazionale G utilizzando una tecnica innovativa basata su un interferometro atomico, un metodo che unisce gravità e meccanica quantistica. Obiettivo? Avere strumenti sempre più sofisticati in grado di corroborare la teoria gravitazionale di Einstein. Oggi MAGIA ha prodotto un altro importante risultato, pubblicato su Physical Review Letters: la prima misura diretta della curvatura del campo gravitazionale, quella che secondo Einstein sarebbe dovuta all’effetto di una massa nello spazio-tempo.

“Qui non si tratta della misura più precisa della curvatura del campo gravitazionale, ma della prima misura mai ottenuta in assoluto” ci racconta Guglielmo Tino, ordinario di Fisica della materia presso l’Università di Firenze e associato all’INFN. Nel dettaglio, la misura dell’effetto di curvatura avrebbe dato come risultato 10^-5 s^-2m^-1, “un numero che torna molto bene con il modello teorico che avevamo come riferimento” precisa Tino.

Ma la vera novità è appunto il metodo. La misura è stata infatti ottenuta grazie a un nuovo sensore quantistico basato sull’uso di tre interferometri atomici, una sorta di piccole “fontanelle” di atomi di rubidio, posizionate a 30 centimetri l’una dall’altra. Gli atomi di rubidio vengono lanciati verticalmente e simultaneamente nel vuoto e raffreddati con una luce laser per rallentare e “intrappolare” gli atomi, che da una velocità in termini di chilometri al secondo, rallentano fino a una velocità di millimetri al secondo.

“L’aspetto importante è qui che le tre fontanelle vengono ‘aperte’ simultaneamente, per utilizzare questa metafora” spiega Tino. “In questo modo siamo in grado di misurare le tre accelerazioni dovute all’effetto della gravità e confrontarle per capire se, e in che modo, questa grandezza viene modificata dalla presenza di una massa, in questo caso costituita da 500 kg di tungsteno. Come ci aspettavamo, questo fenomeno non solo si verifica, ma siamo stati in grado di misurare questa curvatura per la prima volta.”

Ma che cosa misuriamo davvero in questo esperimento? “Quando diciamo che il valore di g è 9,81 m/s^2 in realtà ci riferiamo a una misura eseguita molto vicino alla Terra, che è la sorgente del campo gravitazionale” spiega Tino. Misurando la curvatura invece, cioè la derivata seconda del campo gravitazionale rispetto alla posizione, ottengo una misura molto più precisa e sensibile dell’azione della sorgente. “L’accelerazione gravitazionale che conosciamo come g in realtà non è una costante, questo lo dice la teoria. Se misuro infatti g a 1 metro di distanza dalla superficie terrestre, il suo valore sarà differente, per quanto in maniera infinitesima, rispetto alla misura eseguita a contatto con la superficie. Ebbene, con questo esperimento siamo riusciti a misurare queste piccole differenze di valore di g anche a distanze molto piccole dalla sorgente del campo gravitazionale.”

Il punto di forza, è il caso di ribadirlo, rimane comunque il metodo, che rappresenta un importante passo in avanti in interferometria atomica. “Intendiamo andare avanti in questo senso, migliorando la potenza dei nostri sensori in applicazioni legate alla fisica che siano in grado di validare (o falsificare) i modelli correnti sulla relatività generale – racconta Tino – ma le applicazioni possibili di questa tecnologia non si limitano all’ambito strettamente fisico.” A partire dall’idea di utilizzare questa tecnologia in futuro per la messa a punto di un mass detector in grado di rilevare la presenza di oggetti nascosti. “Inoltre – continua Tino – questa tecnica potrebbe in futuro servire a rivelare anomalie nelle masse, come la presenza di cavità o alterazioni della densità, per esempio nelle analisi geologiche di rocce nel sottosuolo, per la ricerca di giacimenti sotterranei o la previsione delle eruzioni vulcaniche.”

@CristinaDaRold

Leggi anche: Dottorato in fisica e lavoro nel privato. Una scelta possibile (e vincente)?

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Crediti immagine: woodleywonderworks, Flickr

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3 Commenti su MAGIA misura la curvatura del campo gravitazionale

  1. Cristina Da Rold // 13 gennaio 2015 alle 17:28 // Rispondi

    L’ha ribloggato su Cristina Da Rold.

  2. Giuseppe Chiofalo // 13 gennaio 2015 alle 23:54 // Rispondi

    Giuseppe Chiofalo , li 13 gennaio 2015-01-13,
    Con riferimento alla mia comunicazione 05 luglio 2014 a suo tempo da me inviata a Scienza Oggi e a margine del citato articolo “Un nuovo metodo per misurare meglio G (la costante),” adesso, in continuità di intenti e argomentazioni, è il caso di notare che il presente “esperimento Magia”, mostra un impianto e uno spessore da “esperimento magico” (intendo: di pura magia).
    In mancanza di delucidazioni consistenti, e invero anche per stile espressivo, a me, infatti sembra che esso consista in una serie di fabulazioni dogmatiche senza indizi di merito scientifico, nemmeno collegabili a fini divulgativi: sono “racconti” incongrui perfino con ciò che, sempre a mio parere, vuole essere “Oggi Scienza”, cioè non una raccolta di diari dell’immaginario. A ben guardare, sono anche sbilanciati rispetto al prestigio di autori che hanno titoli tra “gli addetti ai lavori”.
    Ciò premesso e dopo aver anche ribadito quanto già rilevato (cfr. citata 05 luglio 2014) ossia che coniugare proficuamente in costrutti teorici unificati gravitazione e quantistica, è ancora impegno di frontiera dunque più sogno che progetto, sono indotto a chiedere che senso abbia andare a misurare “g ad 1 metro di distanza dalla superficie terrestre” se tale superficie, solo con buona fantasia stereometrica, si è approssimata a ellissoide (geoide). Ed allora, che credito ha affermare che su tale superficie il campo “g” è costante? Perché gli autori si gratificano col “misurare […] piccole differenze di valore di “g” anche a distanze molto piccole dalla sorgente del campo gravitazionale”? La superficie del geoide sarebbe la sorgente (una pellicola) di campo gravitazionale di “respiro galileiano” cioè su essa costante? E dove vanno a finire le sottigliezze delle misure, ad “1 metro di distanza dalla detta superficie terrestre”? Ma non entra in gioco un differenziale dell’ordine di 1/(r3))?, (r è misurato in metri da centro del geode, e il ri-ferimento è la legge newtoniana). Se poi si afferma come si afferma nell’articolo, che scomodare la relatività corrobora la novità partecipata dagli autori, come si impegna a buon frutto la curvatura che la gravitazione einsteiniana utilizza? (cfr. tensore metrico di Riemann e consociate contrazioni tra cui quelle con cui Einstein può scrivere il suo tensore e le sue equazioni gravitazionali). Quale il vantaggio, se tale utilizzazione percorre una lunghezza di un 1 metro alla quale la varietà differenziale è ben la stessa cosa di uno spazio Euclideo (fibrato tangente al “punto” da cui si eleva la detta altezza) e con ciò quindi siamo fermi ad uno ed uno solo modus operandi?
    Ma non è il caso di continuare, anche per non cadere in equivoci circa il senso di queste mie considerazioni: poiché la scienza non parla del sesso degli angeli, gli autori non dovrebbero, scrivendo su uno spazio editoriale di Scienza, lasciare, fuori visibilità del loro lettore, il perché “rispetto ai risultati dello scorso giugno sulla misura di G, il metodo INFN… ha fornito nuovi e importanti risultati”.
    Grazie.
    Palmi, li 13 gennaio 2015
    Giuseppe Chiofalo,

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