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0136. Esiste la particella chiamata "Gravitone"?

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 Ho sentito parlare dell'esistenza di un' ipotetica particella chiamata gravitone che, se ho ben capito, sarebbe il vettore della forza di gravità. La mia domanda è: esiste realmente? È possibile ricreare in laboratorio (anche solo teoricamente), tramite queste particelle, un qualche campo gravitazionale? In che modo? (Ivano Corcione)(2023)


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  La meccanica quantistica icona_esperto[52] prevede un dualismo onde-particelle icona_esperto[44] . Ogni particella può essere considerata come un'onda ed infatti sono stati rivelati comportamenti ad onde degli elettroni icona_glossario e d’altre particelle. Analogamente un'onda prodotta da una forza può avere comportamenti simili a quelli di una particella elementare. Ad esempio un' onda elettromagnetica icona_glossario icona_esperto[22] si può considerare come sovrapposizione di fotoni icona_glossario ognuno dei quali ha massa zero, velocità della luce e un quanto d’energia E=hv ove h è la costante di Planck icona_biografia e v è la frequenza della luce. Come un'onda elettromagnetica si può considerare una sovrapposizione di fotoni, allo stesso modo un’onda gravitazionale si può considerare come costituita da quanti detti "gravitoni" particelle ipotetiche di massa nulla e viaggianti alla velocità della luce. Le onde gravitazionali fino a adesso non sono state rivelate e quindi non sono stati rivelati neppure i gravitoni. Le onde gravitazionali possono essere emesse da corpi in rapidissima accelerazione in una situazione non simmetrica. Un’evidenza indiretta dell'emissione d’onde gravitazionali fu ottenuta nel 1974 dallo studio del sistema PSR1913+16 (sistema binario con al centro una stella di neutroni icona_glossario). Si è visto che la velocità di rotazione di questo sistema decresce in accordo con quanto previsto con l'emissione d’onde gravitazionali dalla Teoria della Relatività generale icona_glossario di Einstein . Questa scoperta è all’origine del premio Nobel assegnato agli astrofisici Russell icona_biografia e Taylor icona_biografia. Negli ultimi decenni un gran numero di ricercatori ha sviluppato tecniche per la rivelazione diretta di onde gravitazionali emesse da sistemi astrofisici (supernove icona_glossario, buchi neri icona_approfondimento ecc.). Non è pensabile per il momento rivelare onde emesse sulla terra (neppure quelle prodotte in esplosioni nucleari). L'iniziatore di questo tipo di ricerca è stato il fisico Joseph Weber icona_minibiografia dell'università del Maryland. Nel 1969 Weber rilevò dei segnali che potevano essere attribuiti ad onde gravitazionali. Questi segnali non sono però mai stati confermati da esperimenti successivi.

Le onde gravitazionali non sono state ancora rivelate perché fino ad ora la sensibilità dei rivelatori disponibili non è stata sufficiente. I rivelatori di onde gravitazionali si basano sul principio di misurare le variazioni di distanze provocate dal passaggio dell’onda. Per una sorgente di onde gravitazionali all’interno della nostra galassia le variazioni di distanza attese qui sulla Terra per due oggetti posti a un metro di distanza sono piccolissime, inferiori a 10-18 metri, (un miliardesimo di miliardesimo di metro) cioè variazioni inferiori ad un decimo della dimensione di un atomo. Per la ricerca delle onde gravitazionali si utilizzano due tipi di rivelatori: gli interferometri laser come il rivelatore VIRGO a Cascina (Pisa)  icona_linkesterno o le antenne con barre di alluminio come il rivelatore NAUTILUS icona_linkesterno nei laboratori di Frascati icona_linkesterno e il rivelatore AURIGA a Padova icona_linkesterno.

I progressi nelle sensibilità dei rivelatori negli ultimi decenni sono stati importanti e la speranza dei ricercatori è che in un futuro non remoto, sia possibile identificare con certezza segnali delle onde gravitazionali. Le sensibilità attuali dovrebbero permettere la rivelazione delle onde emesse dall'esplosione di una supernova all'interno della nostra galassia. Tale evento però non è frequente (2-3 supernove esplodono in media ogni 100 anni), per cui si lavora continuamente per migliorare le prestazioni dei rivelatori. La rivelazione diretta delle onde gravitazionali sarebbe un’ulteriore conferma della teoria della relatività generale di Einstein icona_biografia e permetterebbe lo studio dell'universo con un nuovo tipo di astronomia, basata sui "gravitoni" e non sui "fotoni". Questo nuovo tipi di astronomia sarebbe particolarmente interessante perché l'universo è trasparente alle onde gravitazionali (cosa non vera per i fotoni). La rivelazione delle onde gravitazionali con le tecniche attuali, però non implicherebbe quella del singolo quanto: il gravitone. La rivelazione del singolo gravitone è molto al di là della portata degli attuali esperimenti.

Francesco Ronga – Fisico


 

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