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Posto un limite al grado di ‘confusione’ dello spaziotempo

In occasione del centenario della relatività generale, un gruppo internazionale di ricercatori, hanno proposto un nuovo esperimento per verificare le previsioni della teoria di Einstein. In un articolo pubblicato su Nature Physics, essi descrivono il loro studio relativo ad una delle assunzioni base della teoria: il fatto, cioè, che tutte le particelle di luce, meglio note come fotoni, si propagano esattamente con la stessa velocità.

Ne avevamo parlato qualche tempo fa (post) dove uno studio relativo all’analisi del tempo impiegato dai fotoni emessi in seguito ad uno dei tre lampi-gamma associati ad un GRB (Gamma-Ray Burst), situato ad una distanza di circa 7 miliardi di anni-luce, indica che le particelle di luce sono giunte al telescopio spaziale Fermi nel 2009 separati da un intervallo di tempo pari a circa 1 millisecondo. Il risultato implicherebbe che lo spaziotempo non “ribolle” così come è stato suggerito da alcuni scienziati. Oggi, grazie ancora ad una serie di osservazioni condotte sempre con il telescopio spaziale Fermi, gli scienziati hanno analizzato i dati dei tempi di arrivo associati ai fotoni provenienti da un altro GRB (Gamma-Ray Burst) distante. I dati mostrano che i fotoni, emessi dal lampo gamma e che hanno viaggiato per miliardi di anni prima di raggiungere la Terra, sono arrivati entro una frazione di secondo rispetto a ciascun altro. Ciò indica che i fotoni si sono propagati tutti alla stessa velocità, anche se fotoni diversi possono avere energie diverse. Si tratta di una delle migliori misure mai realizzate dell’indipendenza della velocità della luce dall’energia delle particelle. Prima, però, di confermare la teoria della relatività generale, bisogna dire che le osservazioni escludono comunque una delle idee più interessanti che riguarda l’unificazione della relatività con la teoria quantistica. Infatti, nonostante le due teorie rappresentino i pilastri della fisica moderna, esse sono ancora inconsistenti ed esiste una contraddizione intrinseca basata in parte sul principio di indeterminazione di Heisenberg, che costituisce il cuore della meccanica quantistica. Uno dei tentativi di riconciliare le due teorie si basa sull’idea che lo spaziotempo abbia una struttura a forma di “schiuma” (post). Secondo questo concetto, su scala microscopica lo spazio non è più continuo bensì assume la forma di una struttura a forma di schiuma. La dimensione di questi elementi a forma di schiuma è così minuscola che è difficile immaginarla perciò al momento è impossibile misurarla direttamente. Ad ogni modo, le particelle di luce che viaggiano attraverso questa struttura a forma di schiuma ne saranno influenzate e ciò determinerà una velocità di propagazione leggermente diversa in funzione della loro energia. Ma questo esperimento mostra tutt’altro, il fatto cioè che fotoni di diversa energia siano arrivati senza alcun ritardo temporale indica che una tale struttura a forma di schiuma, se esiste, debba avere una dimensione ancora più piccola di quanto ipotizzato. Secondo gli autori, questo nuovo limite si trova al livello atteso dalle teorie quantistiche della gravità e potrebbe guidare gli scienziati verso la tanto sperata unificazione tra la relatività e la teoria dei quanti.

Nature: A Planck-scale limit on spacetime fuzziness and stochastic Lorentz invariance violation

Per un maggior approfondimento, vedasi: LA FORMA DELLO SPAZIO QUANTISTICO SECONDO SHING-TUNG YAU