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
SCOPERTE – 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.”
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