Intercettate dall’Universo profondo le onde gravitazionali. Una pietra miliare per la fisica. Un traguardo per l’umanità. La conferma della Teoria della Relatività Generale.

E’nata l’astrofisica gravitazionale. Due rivoluzioni, la Relatività Generale, la Meccanica Quantistica, potenti telescopi, superpotenti computer per l’elaborazione dei dati, ma tutto quanto c’è dato di osservare rappresenta un misero 4% del totale dell’Universo.

di Erasmo Venosi
Astrofisico
per (POLITICAdeMENTE) il blog di Massimo Del Mese

ROMA – Una pietra miliare per la fisica ma anche la nascita e la conferma sperimentale della Teoria della Relatività Generale. Teoria elaborata da un solo uomo diversamente dall’altra grande rivoluzione del secolo scorso la Meccanica Quantistica frutto della collaborazione di molti fisici. Intercettate dall’Universo profondo le onde gravitazionali. Inizio di nuovi percorsi di ricerca alle domande, che affliggono la cosmologia e l’astrofisica.

E’nata l’astrofisica gravitazionale. Due rivoluzioni, la Relatività Generale, la Meccanica Quantistica, potenti telescopi, superpotenti computer per l’elaborazione dei dati, ma  tutto quanto c’è dato di osservare rappresenta un misero 4% del totale dell’Universo.

Una piccola luce, in una immensa notte di ignoranza. La scienza moderna fatta di faticosi studi, ricerche, rivoluzioni ha generato notevoli ricadute tecnologiche utili alla intera umanità, che svuotano la banale domanda del «cosa ce ne facciamo delle onde gravitazionali? “o” a cosa serve il bosone di Higgs che tra l’acceleratore (LHC) e i rivelatori è costato 5,5 mld di euro?». A prescindere,  che 44 Km  di alta velocità, Verona/Padova costano 5,5 mld di euro o un bombardiere invisibile B2 costa 1,3 mld di euro,  ma le ricadute tecnologiche per lo sviluppo di nuovi materiali, strumenti sofistificatissimi attivati da queste scoperte /ricerche sulla società sono  d’immenso valore.

Dalla scoperta dei raggi X usati, in diagnostica al web (world wibe web), dal laser usato in microchirurgia ai cavi superconduttori, dalla risonanza magnetica al grid compunting  (una specie di grandissimo centro planetario, che mette insieme i centri di calcolo che effettuano ricerca)  agli acceleratori utilizzati in medicina, per esempio il “TOP” (terapia oncologica ai protoni) o per produrre radiofarmaci o isotopo radioattivi, per effettuare diagnosi. E ancora: la “tomografia a emissioni di positroni” (PET), che si fonda sull’antimateria di Dirac.

La fisica ha contribuito moltissimo allo sviluppo della  medicina moderna. I  micro dispositivi elettronici, che sovrintendono alla sicurezza dei treni alta velocità, agli aerei, ai personal computer agli smartphone sono tutti il prodotto delle ricadute della ricerca di base attivata dallo sviluppo della fisica. L’annuncio delle onde gravitazionali rilevate da due interferometri ubicati negli Stati Uniti nel settembre 2015, rappresenta una grande evento, per la fisica. Evento previsto da Albert Einstein nella teoria della Relatività Generale del 1915, ma c’è moltissimo della fisica italiana del secolo scorso i questa rilevazione.

Un fisico italiano Adalberto Giazotto, allievo  del grande fisico Amaldi collaboratore di Fermi lanciò circa 30 anni fa  il progetto italo/francese VIRGO e l’idea dell’interferometro, per la intercettazione delle onde gravitazionali. VIRGO ubicato a Cascina in provincia di Pisa è stato il primo rivelatore al mondo, in gado di intercettare le onde gravitazionali con certe caratteristiche (bassa frequenza). La tecnologia utilizzata consiste, in due bracci perpendicolari lunghi 3 Km in Virgo e 4 in Adnamves-LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Il principio di funzionamento si fonda sulla suddivisione di un fascio laser,  in due e attraverso la riflessione su specchi speciali si intercettano onde gravitazionali. Ho banalizzato molto il funzionamento dell’interferometro, ma il dato da comprendere, per cogliere l’elevato sviluppo tecnologico raggiunto è che per registrare l’onda gravitazionale l’interferometro ha misurato la variazione di lunghezza del braccio,  per  una quantità pari, a un milionesimo di miliardesimo di millimetro (la dimensione della millesima parte di un protone) su una lunghezza dei bracci di 4 Km!!

Sulla gravità schiere di scienziati si rompono la testa da decenni! La gravità  è quella “cosa”, che ci tiene attaccati alla Terra mentre questa ruota intorno al proprio asse a una velocità, che per noi italiani è pari a 1180 Km all’ora. Nel suo manifestarsi a livello macro è compresa abbastanza, per esempio la  palla che cade o la Luna “attaccata” alla Terra. A livello micro ci sono delle difficoltà. Le forze, quindi anche quella di gravita  sono  descritte da tre parametri, l’onda, il campo e la materia. Prima della fisica moderna, diciamo quella classica la particella coincideva con un punto. Con la rivoluzione quantistica la particella o massa puntiforme si comporta come onda o come punto. Dopo questa rivoluzione è stata sviluppata un’altra teoria, detta dei campi e usata dal “Modello Standard”, che cerca di dare un’interpretazione all’Universo. Il Modello Standard identifica le onde con dei campi. Le particelle si comportano come onde e, le onde si comportano come dei campi. In questo modo si possono descrivere matematicamente tutte le particelle ,che conosciamo e le forze fondamentali che sono quattro.

La forza gravitazionale però non possiamo descriverla. Esempio: il campo elettromagnetico (attravesro questo campo vediamo e gustiamo i sapori) è presente,  se c’è  una carica  elettrica . Il “qualcosa” della gravità,  che somiglia alla carica elettrica si chiama gravitone,  ma che nessuno ne ha mai registrata la presenza. L’onda elettromagnetica è “trasportata” da fotoni. La registrazione di un’onda gravitazionale implica l’esistenza di particelle a massa nulla,  che si muovono alla velocità della luce che si chiamano “gravitoni” e, che “trasportano” la forza di gravità? Esistendo il gravitone potremmo anche credere nell’esistenza del suo compagno, il “gravitino”, che alcuni ricercatori ipotizzano possa essere lo sconosciuto “fabbro” della materia oscura ovvero di quel 21% di materia, che non conosciamo? Interrogativi affascinanti aperti alla ricerca dalla registrazione delle onde gravitazionali, ma anche la verifica, che i “buchi neri” esistono realmente perché sin’ora erano comunque soluzioni di una delle equazioni della “Relatività Generale”. Le onde gravitazionali registrate sono l’esito di un processo di fusione (merging o coalescenza), tra due buchi meri con masse equivalenti pari, una 29 e l’altra  36  masse solari. Si è formato un unico grande buco nero di 62 masse solari e le restante tre si sono trasformate,  in una mostruosa quantità  energia trasportata dalle onde iniziando da 1,3 mld di anni fa.

Lo “spaziotempo” di Einstein ha le tre dimensioni normali più una  quarta costituita dal tempo. E’ come un unico grande “telo” che, usando le parole di Weelher “lo spazio dice alla materia come muoversi e la materia dice allo spazio come incurvarsi”. L’onda gravitazionale è proprio l’increspatura, di questo “spaziotempo”. Si propaga come l’onda dello stagno prodotta da un sasso lanciato nell’acqua. L’umanità con questo traguardo ha acquisito un altro importante strumento d’indagine le onde gravitazionali, che forniscono informazioni importanti sul Cosmo e,  che sono complementari alle onde elettromagnetiche (luce, onde radio, raggi X e gamma) e alle particelle elementari (raggi cosmici e neutrini) provenienti dallo spazio.

Roma, 24 febbraio 2016