Indizi sulla “gravità quantistica” potrebbero nascondersi nei canti dei buchi neri

Delle quattro forze fondamentali della fisica, la gravità è quella con cui abbiamo più familiarità nella vita di tutti i giorni, ma è anche l'unica che al momento non può essere spiegata dalla fisica quantistica. Ora gli scienziati hanno delineato un piano per cercare segni di gravità quantistica nel cosmo ascoltando il “suono” dei buchi neri in collisione.

Tre delle quattro forze fondamentali – l’elettromagnetismo e le forze nucleari debole e forte – possono essere descritte come campi e sono trasportate da particelle specifiche. L'elettromagnetismo, ad esempio, è trasportato da fotoni e crea campi elettrici e magnetici.

La gravità, tuttavia, non può essere spiegata in questo modo. Per ora, il miglior modello che abbiamo è la teoria generale della relatività di Einstein, ma in alcune situazioni – come vicino ai buchi neri – questa teoria fallisce, indicando che è incompleta. Per decenni gli scienziati sono stati alla ricerca di una teoria della gravità quantistica, che spiegherebbe la forza in termini di meccanica quantistica trasportata da un’ipotetica particella chiamata gravitone, ma finora le prove ci sono sfuggite.

Ora, un paio di nuovi studi hanno delineato come gli astrofisici potrebbero cercare indizi nei prossimi anni. Le onde gravitazionali sono increspature nel tessuto stesso dello spaziotempo, prodotte da eventi catastrofici come collisioni tra buchi neri e/o stelle di neutroni, che sono rilevabili da osservatori come LIGO. Il team ha dimostrato che i “toni” di quelle collisioni potrebbero suggerire una fisica che non è del tutto in linea con i modelli attuali.

"Quando due buchi neri si fondono per produrre un buco nero più grande, il buco nero finale suona come una campana", ha detto Yanbei Chen, coautore di entrambi gli studi. "La qualità dello squillo, o il suo timbro, potrebbe essere diversa dalle previsioni della relatività generale se alcune teorie della gravità quantistica sono corrette. I nostri metodi sono progettati per cercare differenze nella qualità di questa fase di squillo, come le armoniche e sfumature, per esempio."

Il primo studio presenta una nuova equazione che descrive come i buchi neri risuonerebbero secondo diverse teorie della gravità quantistica. Si basa su un'equazione sviluppata per la prima volta dal fisico teorico Saul Teukolsky negli anni '70. Nel secondo studio, il team descrive come la nuova equazione può essere applicata ai dati acquisiti da LIGO, filtrando il rumore di fondo.

Con LIGO recentemente riattivato dopo una pausa di tre anni per gli aggiornamenti, dovremmo presto essere in grado di mettere alla prova l'idea della gravità quantistica.

La ricerca è stata pubblicata sulle riviste Physical Review X e Physical Review Letters.

Fonte: Caltech