Faccio una breve premessa, il campo gravitazionale fa parte delle 4 forze fondamentali conosciute dell'Universo: il campo gravitazionale appunto, il campo elettromagnetico, nucleare e quantistico.
La scienza ha dovuto però necessariamente ipotizzare l'esistenza di un quinto campo, o forza, definito comunemente come Energia oscura, altrimenti, per dirla in modo scherzoso, "i conti non tornerebbero".
Sulla gravità, sappiamo come agisce, ad esempio le leggi di Newton descrivono il modo in cui i corpi si attraggono, proviamo a misurare con sempre più precisione la costante gravitazionale, sappiamo, e lo vediamo, che la sua intensità determina ad esemopio la forma di galassie e pianeti, e per quanto la scienza abbia ipotizzato l'esistenza di una particella elementare chiamata Gravitone la cui massa si ritiene venga conferita dal bosone di Higgs, non conosciamo esattamente cosa sia.
Tuttavia la scienza cerca di calcolare con sempre più precisione l'influenza del campo gravitazionale che un corpo esercita nello spazio in cui si trova.
La misura di questa costante, o forza, (G), è una dele sfide più importanti per la fisica in quanto si tratta di una forza debole e difficilmente misurabile.
In questo straordinario studio chiamato "Esperimento Magia" (Misura Accurata di G mediante Interferometria Atomica), un gruppo di ricercatori italiani del INFN (Istituto nazionale di fisica nucleare) ha pensato di usare la meccanica quantistica per riuscire a calcolare con più precisione la costante gravitazionale:
E' italiana la misura più precisa della costante gravitazionale: quello descritto sulla rivista Nature è il tentativo più preciso di calcolare l'intensità della forza di gravità, dei circa 300 fatti dalla fine del '700 ad oggi. Il risultato, che riguarda uno dei cinque valori fondamentali dell'universo, si deve alla tecnica messa a punto dal gruppo di Guglielmo Tino, della sezione di Firenze dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e dell'università di Firenze.
La costante G rappresenta uno dei più importanti 'numeri' in tutto il campo della fisica. E' infatti il valore che determina - ovunque nell'Universo - l'intensità dalla forza di gravità, il 'motore' che dà forma a galassie, stelle e pianeti. ''A differenza delle altre costanti però – spiega Guglielmo Tino, responsabile dello studio – sappiamo definirla in modo molto scarso. Un vero smacco per i fisici''. Ciò è dovuto principalmente alla 'debolezza' della gravità: questa è infatti la meno 'forte' delle forze note e sin dal primo esperimento, realizzato nel 1798 per misurare il valore di G, molti altri scienziati hanno ottenuto risultati poco precisi e spesso in contrasto tra loro.
A questo esperimento, che è stato condotto lo scorso anno, è seguito un nuovo studio pubblicato sul Physical Review Letters, in questo caso è stata effettuata la prima misura diretta della curvatura del campo gravitazionale:
Interferometro atomico
Pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, l'esperimento Magia (Misura Accurata di G mediante Interferometria Atomica) è condotto da Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e Laboratorio Europeo di Spettroscopia non Lineare (Lens) dell'università di Firenze. Misurare il campo gravitazionale è stato possibile grazie ad nuovo strumento, un sensore quantistico basato sull'uso di tre interferometri atomici.
Sfruttando la meccanica quantistica
Questi ultimi ''sono legati alla natura duale, corpuscolare e ondulatoria, delle particelle descritte dalla meccanica quantistica'', spiega il fisico Guglielmo Tino, di Infn e università di Firenze. ''In certe condizioni - prosegue - gli atomi possono essere trattati come onde ed essere divisi in più parti che si propagano separatamente e vengono riflesse e ricombinate''. Per farlo è necessario, come avviene nell'esperimento Magia, rallentare gli atomi da una velocità di alcuni chilometri al secondo (tipica di un gas a temperatura ambiente) fino a pochi millimetri al secondo (caratteristica delle temperature bassissime). ''E' tramite la luce laser - conclude - che gli atomi possono essere raffreddati e intrappolati, mantenendoli a velocità così ridotte''.
Come funziona l'esperimento Magia:
Si tratta della prima misura diretta della curvatura del campo gravitazionale, ottenuta grazie al talento di scienziati italiani.
Una massa di mezza tonnellata di tungsteno è posta a una distanza di alcuni centimetri da una “fontana” di atomi di rubidio raffreddati e lanciati verticalmente in un ambiente in cui è stato fatto il vuoto. La massa, secondo quanto previsto da Einstein, genera una variazione dell’accelerazione degli atomi. Si tratta di una variazione molto piccola, oltre 10 milioni di volte minore rispetto a quella generata dalla gravità terrestre, che però non è sfuggita al sensibilissimo interferometro di Magia. “È l’ennesima conferma sperimentale”, concludono gli autori, “della validità della teoria gravitazionale di Einstein”.
Fonti e rif. di approfondimento utili:
Studio su Physical Review Letters
Magia, la prima misura della curvatura gravitazionale
Italiana la misura più precisa della costante gravitazionale
Prima misura diretta del campo gravitazionale
Costante di gravitazione universale
Accelerazione di gravità