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La deflessione ‘quantistica’ della luce

La luce che passa in prossimità di un oggetto astrofisico viene deviata dalla sua traiettoria rettilinea a causa del campo gravitazionale che esso esercita. Per un corpo celeste massivo come il Sole è possibile misurare questa deflessione: ad oggi, le migliori osservazioni indicano un valore di 0,00049°, in accordo con la relatività generale. Oggi, Niels Bjerrum-Bohr del Niels Bohr Institute in Danimarca e colleghi hanno calcolato come può essere alterata questa deflessione quando la gravità viene descritta in un campo quantistico.

Gli autori descrivono la gravità mediante una teoria effettiva di campo che può essere pensata come una sorta di approssimazione a bassa energia di una teoria quantistica della gravità. Ciò ha permesso ai ricercatori di calcolare come si accoppiano i fotoni con il campo gravitazionale, formulando una soluzione analitica al problema della deflessione dei raggi luminosi in presenza di oggetti massivi, come il Sole o un buco nero di Schwarzschild. Mentre le loro correzioni quantistiche sono troppo piccole per essere misurate sperimentalmente (l’effetto dovuto alla gravità è 80 ordini di grandezza più grande), nel loro articolo essi mostrano che gli effetti quantistici causano di fatto una differenza. Questa differenza è dovuta al fatto che le particelle che non hanno massa, come appunto i fotoni, non sono più costretti a viaggiare esattamente lungo le geodetiche (che nella relatività generale sono quei percorsi modificati dalla curvatura dello spaziotempo lungo le quali si muovono le particelle libere). In particolare, essi vengono deflessi in maniera differente in funzione del loro spin, che nel caso dei fotoni può essere -1 o +1. Queste discrepanze rispetto al comportamento previsto dalla relatività generale si sommano ad una deviazione del principio di equivalenza. Insomma, il quadro matematico presentato dagli autori fornisce un modo semplice di valutare quei possibili effetti della gravità quantistica sulla deflessione della luce e su altri fenomeni di natura cosmologica.

APS: Quantum Bending of Light
Physical Review Letters: Bending of Light in Quantum Gravity
arXiv: Bending of Light in Quantum Gravity