Onde gravitazionali: come trovare e manipolare le increspature del tessuto spazio-tempo

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Le onde gravitazionali potrebbero rivelare come l'universo sia nato, quasi 14 miliardi di anni fa. Individuare queste increspature nel tessuto dello spazio-tempo non è un'impresa semplice. Ma gli scienziati americani della Caltech sostengono di aver trovato un modo per migliorare i rivelatori utilizzati per individuare le onde gravitazionali del Big Bang, l'eco primordiale del Big Bang.

Ciò potrebbe contribuire a ridurre il rumore dei rivelatori utilizzati per trovare le onde gravitazionali. Gli scienziati sostengono che l'universo sia costituito da un “tessuto dello spazio-tempo”. Ciò corrisponde alla Teoria della Relatività Generale di Einstein pubblicata nel 1916. Gli oggetti dell'universo piegano questo tessuto, e gli oggetti più massicci lo fanno ancora di più.

Le onde gravitazionali sono considerate increspature di questo tessuto. Esse possono essere prodotte, ad esempio, quando i buchi neri orbitano o dalla fusione di galassie. Ma potrebbero essere state prodotte durante il Big Bang. Se confermata, non solo questa ipotesi confermerebbe anche la teoria del Big Bang, ma offrirebbe anche nuove spiegazioni dei fenomeni fisici.

I ricercatori del Caltech pensano di aver trovato un modo per osservare il cosiddetto 'quantum motion' in un soggetto di grandi dimensioni.

Consideriamo il pendolo di un orologio. Se si dimentica di ricaricarlo, alla fine troveremo il pendolo a riposo, immobile. Tuttavia, questa semplice osservazione è valida solo a livello delle leggi della fisica classica. La meccanica quantistica, le regole fisiche di base che regolano il comportamento fondamentale della materia e della luce su scala atomica, afferma che nulla può rimanere completamente a riposo.

Per la prima volta, un team di ricercatori e collaboratori del Caltech ha trovato un modo per osservare e controllare questo moto quantistico di un oggetto grande abbastanza da essere visibile.

“Negli ultimi due anni, il mio gruppo e un paio di altri team in tutto il mondo hanno imparato a raffreddare il moto di un oggetto di piccole dimensioni per la produzione di questo stato” ha detto Keith Schwab, professore di fisica applicata alla Caltech, che ha condotto lo studio.

Questo movimento quantistico o rumore è teoricamente una parte intrinseca del moto di tutti gli oggetti. Per questo Schwab e i colleghi hanno progettato un dispositivo che permettesse loro di osservare questo rumore e poi manipolarlo.

Il dispositivo è formato da una piastra di alluminio flessibile posta su un substrato di silicio. La piastra è accoppiata ad un circuito elettrico superconduttore con una vibrazione ad una frequenza di 3,5 milioni di volte al secondo. Secondo le leggi della meccanica classica, le strutture vibranti alla fine arriveranno a fermarsi se raffreddate allo stato fondamentale.

Ma non è quello che Schwab e i suoi colleghi hanno osservato quando hanno raffreddato il sistema nei loro esperimenti. È rimasto un residuo di “rumore”.

“Questa energia è parte della descrizione quantistica della natura, semplicemente non è possibile farla uscire”, dice Schwab. “Qui, noi stiamo applicando la fisica quantistica a qualcosa che è relativamente grande, un dispositivo che si può vedere al microscopio ottico, e stiamo vedendo gli effetti quantistici in un trilione di atomi invece di uno solo. Per fare questo, il dispositivo corrente dovrebbe essere scalato. Il nostro lavoro mira a rilevare la meccanica quantistica su scala sempre più grande, e un giorno, la nostra speranza è che questo finirà per riguardare qualcosa di grande come le onde gravitazionali”.

Francesca Mancuso

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