Scienziati più vicini alla scoperta della teoria della gravità quantistica dopo aver misurato la gravità a livello microscopico

23 febbraio 2024

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dall'Università di Southampton

Gli scienziati sono un passo più vicino a svelare le misteriose forze dell'universo dopo aver capito come misurare la gravità a livello microscopico.

Gli esperti non hanno mai compreso appieno come funziona la forza scoperta da Isaac Newton nel piccolo mondo quantistico. Anche Einstein era confuso dalla gravità quantistica e, nella sua teoria della relatività generale, disse che non esisteva un esperimento realistico che potesse dimostrare una versione quantistica della gravità.

Ma ora i fisici dell'Università di Southampton, in collaborazione con scienziati in Europa, hanno rilevato con successo una debole attrazione gravitazionale su una minuscola particella utilizzando una nuova tecnica.

Sostengono che ciò potrebbe aprire la strada alla scoperta della teoria della gravità quantistica che si sta sempre sfuggendo.

L'esperimento, pubblicato su Science Advances, ha utilizzato magneti levitanti per rilevare la gravità su particelle microscopiche—abbastanza piccole da confinare con il regno quantistico.

Il primo autore Tim Fuchs, dell'Università di Southampton, ha dichiarato che i risultati potrebbero aiutare gli esperti a trovare il pezzo mancante nel nostro quadro della realtà.

Ha aggiunto: "Per un secolo, gli scienziati hanno cercato invano di capire come gravità e meccanica quantistica lavorino insieme. Ora che abbiamo misurato con successo i segnali gravitazionali a una massa minima mai registrata, significa che siamo un passo più vicini a comprendere finalmente come funziona in tandem.

"Da qui inizieremo a ridurre la sorgente utilizzando questa tecnica fino a raggiungere il mondo quantistico su entrambi i lati. Comprendendo la gravità quantistica, potremmo risolvere alcuni dei misteri del nostro universo—come è iniziato, cosa succede all'interno dei buchi neri, o unendo tutte le forze in una grande teoria."

Le regole del regno quantistico non sono ancora completamente comprese dalla scienza—ma si ritiene che le particelle e le forze su scala microscopica interagiscano in modo diverso rispetto agli oggetti di dimensioni regolari.

Accademici di Southampton hanno condotto l'esperimento con scienziati dell'Università di Leiden nei Paesi Bassi e dell'Istituto di Fotonica e Nanotecnologie in Italia.

Il loro studio ha utilizzato una configurazione sofisticata con dispositivi superconduttori, noti come trappole, con campi magnetici, rilevatori sensibili e isolamento avanzato delle vibrazioni. Ha misurato una debole attrazione, solo 30nN, su una minuscola particella di 0,43mg, levitandola a temperature di congelamento un centesimo di grado sopra lo zero assoluto—circa –273 gradi Celsius.

I risultati aprono la porta a futuri esperimenti tra oggetti e forze ancora più piccole, ha detto il Professore di Fisica Hendrik Ulbricht, anch’egli dell'Università di Southampton.

Ha aggiunto: "Stiamo spingendo i limiti della scienza che potrebbero portare a nuove scoperte sulla gravità e sul mondo quantistico.

"La nostra nuova tecnica che utilizza temperature estremamente basse e dispositivi per isolare le vibrazioni delle particelle probabilmente indicherà la strada da seguire per misurare la gravità quantistica.

"Svelare questi misteri ci aiuterà a scoprire più segreti sulla struttura stessa dell'universo, dalle particelle più piccole alle strutture cosmiche più grandiose."

Informazioni sulla rivista: Science Advances

Provided by University of Southampton