L'ultima delle scoperte scientifiche arriva dalla fisica. Abbiamo ascoltato l'eco di lontane sinfonie celesti dovute alle onde gravitazionali, sottili increspature dello spazio-tempo. Abbiamo chiesto alla dottoressa Catalina Curceanu, direttore di ricerca presso l'INFN - Laboratori Nazionali di Frascati, di spiegarci meglio di cosa si tratta.
Per la prima volta dopo tanti anni di attese abbiamo ascoltato le onde gravitazionali, qual è il significato di questa scoperta?
Più che ascoltato abbiamo misurato le "vibrazioni" generate dal passaggio delle onde gravitazionali, che si propagano nel tessuto spazio-temporale dell'Universo, e che hanno attraversato la Terra. In questo modo le abbiamo misurato con le antenne gravitazionali. La rilevazione, senza esagerazioni e falsa modestia, si può definire epocale. Due buchi neri distanti più di un miliardo di anni luce, si sono uniti in un unico buco nero più grande, generando onde gravitazionali che sono arrivate sino a noi. Il significato è molteplice: se, da un lato, abbiamo avuto un'ulteriore conferma della teoria della relatività generale di Einstein, dall'altro abbiamo avuto la conferma della nostra capacita' di sondare l'Universo con un nuovo strumento che riesce a misurare processi complementari, gravitazionali, a quelli che vediamo attraverso i telescopi che misurano la radiazione elettromagnetica (luce, onde radio e fotoni di alta energia).
Ancora Albert Einstein, un genio che non finisce mai di stupirci. Ma non avevamo già accertato tutto sulle sue teorie?
Tutto no - tanto sì. Infatti, la teoria di Einstein sulla relatività generale, è stata confermata da molteplici misure, quali l'effetto di "lente gravitazionale" oppure del trascorrere diverso del tempo nei satelliti rispetto a quello di casa nostra. È proprio di quest'ultimo effetto che dobbiamo tenere conto quando usiamo il GPS, ossia senza le dovute correzioni da fare a causa della gravita' (il tempo passa più velocemente sui satelliti, dove la gravità è più bassa), il GPS ci darebbe una posizione sbagliata. Mancava però quest'ultima conferma - vedere con i nostri occhi (cioè con i nostri strumenti) - le vibrazioni stesse della struttura spazio-temporale dell'Universo. Un effetto davvero impressionante!
Come cambia il concetto di spazio e tempo?
Il concetto di spazio e tempo è già cambiato nel 1905, quando proprio Einstein lo rivoluzionò nell'ambito della teoria della relatività ristretta. Le sue scoperte vennero integrate da Einstein stesso nel 1915, nella teoria della relatività generale, che teneva quindi conto anche della gravità . Sappiamo allora che non esistono due "entità " indipendenti: spazio assoluto e tempo altrettanto assoluto, bensì una unica realtà quadri-dimensionale: lo spazio-tempo. Questo a sua volta dipende dalla materia che lo "abita". È famosa la frase del grande fisico J. A. Wheeler: "la materia dice allo spazio come curvarsi, lo spazio dice alla materia come muoversi".
Nei telegiornali, abbiamo sentito parlare di "scontro (ma io direi anche incontro) e fusione tra buchi neri". Ci chiarisce meglio di cosa si tratta?
Si tratta di due buchi neri ognuno con una massa intorno a 30 masse solari; questi formavano un sistema binario, cioè ruotavano vorticosamente uno intorno all'altro, finché si sono fusi - un processo impressionante! - in un unico buco nero più grande. Durante questo processo parte della massa iniziale dei buchi neri (circa 3 masse solari) è stata trasformata in energia delle "onde gravitazionali". E noi abbiamo misurato il passaggio di queste onde attraverso la Terra, incluse le antenne gravitazionali LIGO (due antenne di tipo interferometrico).
Potrebbero esserci dei risvolti nella conoscenza della materia oscura?
Certo che sì! Anche se non sarà né facile né immediato. La capacità di rilevare le onde gravitazionali ci potrebbe aiutare in futuro a capire meglio la distribuzione della materia, inclusa quella oscura, nell'Universo, nonché la sua composizione.
Dopo questa scoperta esiste una possibilità di avvicinare la teoria della relatività alla meccanica quantistica?
Questa unificazione - la gravità quantistica - è uno dei problemi più affascinanti e più importanti nella fisica moderna; ma anche il più difficile. La scoperta delle onde gravitazionali potrebbe dare degli indizi su come unificare la gravità con la meccanica quantistica - temo però che non sarà facile. Questo è un problema al quale si lavora da quasi 100 anni! Forse ci vorrebbe un nuovo Einstein per risolverlo!
Ed ora, è troppo azzardato dire di aver aggiunto un piccolo tassello alla conoscenza delle dimensioni nascoste, alla conoscenza della "teoria delle stringhe"?
Sì, è troppo azzardato. Non abbiamo per ora segnali di dimensioni nascoste - almeno non dalla scoperta delle onde gravitazionali, non da questi primi segnali. Vedremo cosa ci porterà il futuro! Per ora siamo tutti in attesa di misurare altre onde gravitazionali - una vera "astronomia di onde gravitazionali" - da parte delle antenne gravitazionali, inclusa VIRGO, situata a Cascina, vicino Pisa. Poi magari ne riparliamo!
Grazie.
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CATALINA CURCEANU
È Primo Ricercatore dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati. Ha svolto il dottorato di ricerca nell'ambito dell'esperimento OBELIX (CERN) nel campo della spettroscopia dei mesoni esotici. Dirige un gruppo di circa 20 ricercatori nell'ambito della fisica adronica e nucleare. Ha coordinato il gruppo dei INFN-LNF nell'esperimento DEAR. E' responsabile nazionale dell'esperimento SIDDHARTA e spokesperson della collaborazione internazionale VIP (esperimento ai Laboratori Nazionali di Gran Sasso). Coordina per INFN vari progetti EU nell'ambito del VII Programma Quadro. Ha coordinato il progetto EOS - Notte Europea dei Ricercatori (Researchers' Night, Support Action FP7) nel 2008. Ha organizzato varie conferenze internazionali ed e autore e/o coautore di piu' di 150 pubblicazioni in riviste internazionali. Svolge un intensa attivita' di formazione e divulgazione scientifica.azione e divulgazione scientifica