La forza elettromagnetica rimane costante da più di 10 miliardi di anni!

[Enrico Corsaro]

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SOMMARIO: Un recente lavoro adesso disponibile su arXiv.org a questo link (non ancora però pubblicato ufficialmente sulla rivista scientifica, ma nel link potete trovare tutti i dettagli della ricerca) confermerebbe che una delle quattro forze fondamentali che regolano l'Universo come lo conosciamo, ovvero la forza elettromagnetica, responsabile della dimensione degli atomi e legata alla propagazione delle onde elettromagnetiche che ben conosciamo, sia rimasta invariata nella sua entità anche a distanza di più di 10 miliardi di anni.

Lo studio è stato realizzato osservando un campione di Quasar a grandi distanze fra noi (fino a 11.5 miliardi di anni luce), e studiandone le proprietà della luce da loro emessa. Quello che si è visto è che, utilizzando tre differenti telescopi, ovvero il VLT (Very Large Telescope), il Keck delle Hawaii e il più recente Subaru, la costante che regola l'entità di questa forza, nota come costante di struttura fine, è rimasta sostanzialmente invariata al passare del tempo, con cambiamenti nel valore compatibili solo con qualche milionesimo della misura stessa, praticamente ininfluenti per qualsiasi applicazione.

L'articolo è stato anche menzionato su MEDIA INAF, in una versione più divulgativa.


CONTESTO SCIENTIFICO: Teniamo presente che le altre tre forze fondamentali sono la forza gravitazionale, quella nucleare debole (responsabile dei processi di interazione dei neutrini in particolare e forse anche di materia oscura) e la nucleare forte (che agisce nei nuclei atomici e a livello dei quark, costituenti la base della materia secondo il modello standard particellare). In realtà, le forze fondamentali sono in totale tre se consideriamo l'unificazione elttrodebole, cioè la teoria secondo cui la forza elettromagnetica e quella nucleare debole sono in realtà due espressioni differenti di una stessa forza fondamentale.
L'importanza di valutare possibili variazioni nella costante di struttura risiede nel fatto che ciò ci permette di capire di più sul campo che origina tale forza, quindi comprendere meglio le sue costituenti, le proprietà dei fotoni (i veicoli che la forza e.m. usa per la sua propagazione nello spazio) e per capire di più anche sulle altre forze fondamentali.
A titolo di esempio basti pensare che nessuno ha mai verificato se la forza gravitazionale sia rimasta costante nel tempo nè se vari su grandi scale. Essa è infatti banalmente testata con accuratezza solo a livello del Sistema Solare. Paradossalmente la forza gravitazionale è infatti la meno conosciuta di tutte le forze fondamentali, anche se è quella con cui entriamo più intuitivamente a contatto. La verifica sperimentale di ciò richiede mezzi totalmente diversi, su cui si stanno comunque compiendo numerosi sforzi (rivelazione e studio delle onde gravitazionali). Basti pensare a titolo di esempio l'effetto provocato dalla fatidica materia oscura, inotrodotta ad hoc dal modello standard cosmologico LambdaCDM per spiegare effetti gravitazionali più forti di quelli provocati dalla materia visibile. La materia oscura infatti potrebbe anche non essere necessaria da introdurre se mai si dovesse osservare una variazione della forza gravitazionale su grandi scale che possa compensare ciò che osserviamo (alternativa possibile ma non ancora rivelata sperimentalmente).

[Red Hanuman]

Beh, meno male.... Ne sarei rimasto sconvolto. Tempo fa, il buon Enzo aveva riportato i primi risultati di ricerche in questo senso. Assolutamente sconcertanti...
Leggete QUA.

[Gaetano M.]

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A titolo di esempio basti pensare che nessuno ha mai verificato se la forza gravitazionale sia rimasta costante nel tempo nè se vari su grandi scale. Essa è infatti banalmente testata con accuratezza solo a livello del Sistema Solare. Paradossalmente la forza gravitazionale è infatti la meno conosciuta di tutte le forze fondamentali, anche se è quella con cui entriamo più intuitivamente a contatto. La verifica sperimentale di ciò richiede mezzi totalmente diversi, su cui si stanno comunque compiendo numerosi sforzi (rivelazione e studio delle onde gravitazionali). Basti pensare a titolo di esempio l'effetto provocato dalla fatidica materia oscura, inotrodotta ad hoc dal modello standard cosmologico LambdaCDM per spiegare effetti gravitazionali più forti di quelli provocati dalla materia visibile. La materia oscura infatti potrebbe anche non essere necessaria da introdurre se mai si dovesse osservare una variazione della forza gravitazionale su grandi scale che possa compensare ciò che osserviamo (alternativa possibile ma non ancora rivelata sperimentalmente).

Cosa ne pensi, invece della velocità del (eventuale) segnale gravitazionale.

[Enrico Corsaro]

Ciao @Gaetano M.
non è nulla di ancora verificato in realtà, ma si postula una velocità di propagazione pari a quella della luce nel vuoto, anche perchè tale velocità è un limite assoluto secondo la relatività generale e vale per qualsiasi particella priva di massa (quindi incluse le onde gravitazionali). Una violazione di questo limite di velocità implicherebbe la caduta di un'intera teoria oramai alla base di numerosi campi nello studio del nostro Universo (un dramma per buona parte della fisica moderna).

In particolare i gravitoni, particelle elementari teorizzate come veicoli per il trasporto della forza gravitazionale, sarebbero bosoni privi di massa (ma con spin = 2), analoghi ai fotoni per la forza elettromagnetica, che si propagherebbero alla velocità della luce nel vuoto.
Esiste infatti anche una branca della fisica teorica nota come gravità quantistica, che tratta i gravitoni nello studio della teoria della gravità in modo analogo ai fotoni nell'elettrodinamica quantistica.

Altre teorie infine (ad es. legate al teorema di non-località, di cui però sconosco i dettagli) ipotizzano che la forza di gravità agisca indipendentemente dalla realtà dello spazio-tempo, spiegando così perchè essa riesce a sussistere anche fra corpi lontanissimi fra loro.

Non dimentichiamo comunque che la forza di gravità è, tra le quattro forze fondamentali, quella più debole (circa 10^36 volte più debole di quella elettromagnetica!), anche se a primo acchito può sembrarci il contrario. Il motivo per cui ci sembra visibilmente la più forte (come spesso accade) è perchè la vediamo agire tra corpi di grande massa (come pianeti, stelle, galassie etc.). Ed è proprio la debolezza dell'intensità di questa forza che ne rende difficile il suo studio.

[Gaetano M.]

La notizia è la stessa, ci sono tuttavia alcune considerazioni che potrebbero interessare:
http://astronomicamens.wordpress.com...ce-dei-quasar/

Tra le altre mi ha colpito il riallineamento dei telescopi che hanno contribuito.

[Enrico Corsaro]

Il processo di calibrazione degli spettrografi da diversi siti osservativi è molto delicato e richiede una verifica attenta (e molta pazienza). E' comunque qualcosa che al giorno d'oggi si fa piuttosto normalmente quindi non mi stupirei più di tanto da questo punto di vista, ma rimane certamente un bel lavoro, soprattutto perchè sono stati analizzati oggetti veramente distanti!
Ovviamente la qualità (risoluzione) dello spettrografo è di basilare importanza per poter avere misure prima di tutto accurate e poi anche sufficientemente precise.
Il confronto tra più siti osservativi è atto principalmente a rendere la misura più accurata, cioè attendibile, mentre la precisione è essenzialmente legata al singolo strumento.