Relatività e QED, eliminati i dubbi sulle previsioni delle due teorie

Le teorie della relatività ristretta di Einstein e dell’elettrodinamica quantistica (quantum electroynamics, QCD), quest’ultima formulata tra gli altri da Richard Feynman, rappresentano due importanti pilastri della fisica moderna. Oggi, in collaborazione con i colleghi di diverse università e istituti internazionali, un gruppo dei ricercatori guidati dal professor Wilfried Nörtershäuser dell’Università Tecnica di Darmstadt hanno riesaminato alcuni aspetti fondamentali delle due teorie attraverso una serie di esperimenti realizzati presso il GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research.

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Gravity Probe-B, test di verifica della relatività

Illustrazione del concetto di spaziotempo che viene distorto dalla massa della Terra e attorcigliato dal suo moto di rotazione.

La teoria della relatività di Einstein rappresenta attualmente la miglior formulazione matematica mediante la quale possiamo descrivere l’Universo su grande scala. Essa è così formidabile perchè ci spiega in maniera brillante osservazioni apparentemente bizzarre, come ad esempio la curvatura dei raggi luminosi, ma anche perchè ci dà un quadro coerente dei fenomeni fisici della natura. Tuttavia, uno dei risultati più importanti della teoria è che essa ci mostra come l’Universo non si comporti in maniera completamente intuitiva, almeno per noi esseri umani: abbiamo sentito parlare di concetti quali la dilatazione del tempo, la contrazione delle lunghezze, la curvatura dello spaziotempo, la correlazione massa-energia. Insomma, pare proprio che il nostro “senso comune” sia decisamente sbagliato.

Dunque, non c’è da meravigliarsi se gli astronomi eseguono continuamente tanti test al fine di verificare le predizioni della relatività e capire se esistono delle piccole variazioni che potrebbero addirittura cambiare la nostra concezione dello spazio e del tempo. Uno di questi concetti molto curiosi e non intuitivi è il fatto che lo spazio non è curvo solo per gli effetti della gravità dovuta ad un corpo di grande massa ma che la sua rotazione determina una ulteriore curvatura dello spazio, nota come frame dragging effect. La previsione di questo secondo effetto è talmente piccola che è molto difficile misurarla. Ma quanto piccola? Secondo la relatività generale, l’effetto della rotazione dello spaziotempo terrestre dovrebbe incidere sulla rotazione dell’asse di un giroscopio in orbita nello spazio di circa 11 milionesimi di grado nel corso di un anno, una quantità veramente piccola. Per verificare tutto ciò, nel 2004 venne lanciato in orbita il satellite Gravity Probe-B i cui risultati dopo sette anni di esperimenti non mostrano alcun disaccordo rispetto alle previsioni della teoria di Einstein.

More info ArXiv: VLBI for Gravity Probe B (7 papers)