Nuovo record di misura nella corsa verso lo Spazio-Tempo Quantistico

Una freddissima antenna gravitazionale che si trova nei laboratori di Legnaro dell’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) è stata utilizzata per particolari misure i cui risultati ripropongono il grande dilemma degli ultimi 80 anni: c’è davvero un luogo, Spazio-Tempo quantistico, dove la Relatività Generale di Einstein e la Meccanica Quantistica coesistono?

Questa nuova e precisissima misura viene resa nota da un articolo pubblicato su Nature Physics e firmato da ricercatori dell’INFN di Firenze, di Pisa, di Trento e dei Laboratori di Legnaro e loro stessi spiegano meglio cos’è successo: “Abbiamo utilizzato l’oggetto più immobile del mondo, AURIGA, l’antenna per onde gravitazionali situata nei laboratori INFN di Legnaro (Padova) – spiega Francesco Marin, dell’INFN di Firenze, il primo firmatario dell’articolo su Nature – per cercare di capire qual è il punto più piccolo in cui i riflessi di questa unificazione dovrebbero osservarsi. Siamo scesi più in basso del record del mondo precedente e non abbiamo osservato nulla. Quindi abbiamo stabilito un nuovo limite: per cercare i riflessi di questo mondo fatto di nuova fisica bisognerà scendere ancora”.

Il luogo dello Spazio-Tempo quantistico è piccolissimo: zero virgola seguito da 34 zeri e da un uno. Cioè quasi un miliardo di miliardi di miliardi di miliardi di volte più piccolo di un metro ovvero, un miliardo di miliardi di miliardi di volte più piccolo di un atomo,.  Si chiama “Unità di Planck”. Il record precedente di misura a cui si era arrivati, in questa corsa verso il basso, era di 0 virgola seguito da diciassette zeri e un uno. Con la nuova misura si è aumentato di uno zero. Siamo ancora lontani, come si vede, “Ma è una gara affascinante perché  laggiù c’è la nuova fisica, quella dei buchi neri o delle stringhe, un mondo ignoto e meraviglioso”, spiega Marin.

La teoria della Relatività Generale e quella della Meccanica Quantistica sono state sviluppate nel secolo scorso, ambedue con importanti conferme sperimentali e conseguenze tecnologiche, ma che partono da approcci alla realtà molto diversi e spesso agli antipodi. Le due teorie non si incontrano facilmente perché esplorano aspetti diversi del mondo: la prima predilige il grande, il cosmo, mentre la seconda il piccolo, il microscopico. I fisici hanno intrapreso varie strade per cercare di mettere assieme le due teorie, ma il percorso è difficile perché le condizioni in cui le due visioni devono incontrarsi sono quelle più estreme, che si trovavano all’inizio dell’Universo o che si possono trovare ancora nei pressi dei buchi neri. Si tratta comunque di condizioni non realizzabili in laboratorio, ma tutte le strade percorse indicano comunque che, sotto il regno comune delle due grandi teorie, lo spazio ha un aspetto molto diverso da quello cui siamo abituati, ed assume probabilmente una forma ‘granulare’ anziché omogenea. Normalmente non ce ne accorgiamo perché le dimensioni di questi grani sono estremamente piccole:  l’unità di misura ‘naturale’ in questo campo è la ‘lunghezza di Planck’ che vale ‘solo’ 10 elevato a-35 metri. E lontani  da un buco nero come si può indagare l’ordine di grandezza di questi granelli?

Al momento ci pensa l’antenna AURIGA, con le sue vibrazioni inferiori al miliardesimo di miliardesimo di metro, ha permesso un nuovo importantissimo limite superiore a questa precisissima misura. Un record importante anche se ancora lontano dalla scala di Planck.

Conosciamo meglio AURIGA, l’antenna gravitazionale di Legnaro, si presenta come una barra di alluminio lunga3 metrie pesante 2 tonnellate, sospesa a un filo a temperature estremamente basse  come un millesimo di grado sopra lo zero assoluto. Poiché freddo, in un certo senso, significa immobilità, questa specie di enorme diapason è particolarmente adatto a rivelare le perturbazioni dello spazio-tempo previste dalla Relatività Generale e che ancora non sono mai state rivelate direttamente. La barra di AURIGA è l’oscillatore meccanico più ‘tranquillo’ mai costruito: la sua velocità di vibrazione è di pochi femtometri al secondo. Significa che in un secondo le facce della barra si spostano di una distanza corrispondente al nucleo di un atomo; per percorrere un cammino di un metro, ci metterebbero quasi 10 milioni di anni e la vibrazione stessa rimane confinata in meno di 10 elevato a-18 metri.  Se la ‘grana’ dello spazio fosse più grossa di questa ampiezza di vibrazione, AURIGA se ne sarebbe accorta. In questo modo viene messo appunto un limite superiore alla finezza della granulosità, che progredisce, ed è un nuovo record, rispetto ai limiti precedenti.

L’INFN  ha iniziato una nuova linea di ricerca, chiamata con la sigla HUMOR,  per continuare l’esplorazione verso limiti sempre più spinti, sempre basandosi su esperimenti costruiti apposta sulla Terra che cercano però di esplorare la fisica alla ‘scala di Planck’ con misure raffinate senza il bisogno di ricreare le condizioni estreme di un buco nero.