L’impalpabile schiuma della trama spazio-tempo.

Un’équipe internazionale di scienziati, tra cui il fisico italiano Giovanni Amelino-Camelia, ha analizzato le traiettorie di fotoni lontanissimi per scoprire la struttura più intima dell’Universo.

Per la prima volta c’è una parziale conferma all’ipotesi secondo cui alle piccole scale la superficie dello spazio-tempo non sarebbe liscia, ma invece sarebbe più simile a una schiuma. Il risultato, ottenuto da ricercatori italiani, è frutto dell’analisi dei dati relativi a fotoni e neutrini registrati con il telescopio spaziale Fermi della NASA e IceCube, osservatorio per neutrini al Polo Sud.

Ha appena compiuto cento anni, ma non ha neanche una ruga. La teoria della relatività generale, formulata nel 1916 da Albert Einstein, continua incessantemente a pompare nuova linfa nella fisica, aprendo gli orizzonti a nuovi modelli teorici e richiedendo conferme sperimentali sempre più accurate. L’ultima novità, in ordine di tempo, è quella appena pubblicata su Nature Physics da un’équipe di scienziati di cui fa parte anche il nostro Giovanni Amelino-Camelia, fisico teorico della Sapienza Università di Roma, editorialista di Wired e già indicato dal periodico americano Discover come uno dei possibili novelli Einstein per la sua teoria della relatività doppiamente speciale.

Un nuovo studio pubblicato su “Nature Astronomy” da ricercatori italiani ha dimostrato che per la prima volta alcuni risultati sperimentali sono in buon accordo con la teoria secondo cui il tessuto dello spazio-tempo non sarebbe liscio ma schiumoso.

Finora questa idea dello spazio-tempo assimilabile a una schiuma, declinata in sue varie versioni, era confinata nel regno della speculazione teorica. Nasceva dalla necessità di conciliare la relatività generale, le cui leggi governano il comportamento dei corpi su scala macroscopica, con la meccanica quantistica, che regola le interazioni tra le particelle nel mondo microscopico.

Ma tutti i modelli che unificano relatività generale e meccanica quantistica, pur avendo cospicue differenze tra loro per quanto concerne altre predizioni, concordano nel predire che su scale miscroscopiche lo spazio-tempo richiede una descrizione geometrica granulare, descritta in gergo come ‘schiuma spaziotemporale’.

I fisici teorici hanno così pensato a un modello dello spazio-tempo che si adattasse a queste due prospettive tra loro agli antipodi: una struttura granulare che si rivela solo a uno sguardo ravvicinato, mentre da lontano appare uniforme, come una superficie ricoperta di sabbia. Anche se affascinante e dotata di coerenza interna, la teoria dello spazio-tempo schiumoso finora non aveva trovato una conferma sperimentale, a causa soprattutto della difficoltà di rilevare i suoi effetti a una scala piccolissima.

“Con l’ulteriore accumulo di dati che si avrà nei prossimi 4 o 5 anni potremo sapere con certezza se lo specifico modello di schiuma spazio-temporale che abbiamo considerato è confermato”, ha spiegato Amelino Camelia. “Anche in caso negativo sarebbe un passo significativo per lo studio della schiuma spazio-temporale, perché ci permetterebbe di restringere la classe di modelli su cui concentrare gli sforzi”.

Ma se l’Universo è davvero fatto di una schiuma infinitesima e irregolare, quest’ultima potrebbe modificare traiettorie e velocità dei fotoni, che quindi non arriverebbero simultaneamente sulla Terra, ma a tempi diversi. “Ci sono diversi modelli teorici che studiano la propagazione dei fotoni: noi ne abbiamo testato uno che assume che l’effetto della ‘schiuma’ cresca al crescere dell’energia di due fotoni identici emessi simultaneamente”.

“Fino a 15 anni fa”, sottolinea Amelino-Camelia, “riuscire a osservare la trama dello spazio-tempo sembrava impossibile, ora abbiamo dimostrato che si può fare”. Quello che abbiamo capito, sostanzialmente, è che la schiuma è ancora più impalpabile di quanto pensassimo. Una cosa, comunque è certa, secondo lo scienziato: quando riusciremo a osservare, direttamente o indirettamente, la trama dello spazio-tempo, avremo finalmente in mano la chiave per capire come conciliare meccanica quantistica e relatività generale. Un risultato niente male.

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