PENSARE lo spazio-tempo come una schiuma. È quanto hanno fatto i fisici per conciliare due teorie rivoluzionarie della fisica moderna: la relatività generale che spiega la gravitazione su larga scala e la teoria quantistica che disciplina il comportamento delle particelle microscopiche fondamentali. A confermare per la prima volta un’ipotesi avanzata da decenni è l’analisi statistica preliminare dei dati sperimentali ottenuti dall’osservatorio per neutrini ‘IceCube’ in Antartide e dal telescopio spaziale Fermi della Nasa.
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista “Nature Astronomy” dal gruppo di Giovanni Amelino Camelia, fisico della Sapienza Università di Roma. Allo studio hanno partecipato Agenzia Spaziale Italiana (Asi), Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn).
La meccanica quantistica si occupa dei fenomeni del mondo subatomico e delle particelle elementari (che avvengono su scale di lunghezza più che microscopiche); la relatività generale ha invece ottenuto i suoi grandi successi nella descrizione di sistemi molto massivi, come le galassie e l’universo intero, che partecipano a fenomeni che avvengono su scale enormi..
Ci sono però situazioni in cui sono necessarie entrambe, per esempio quando si è in presenza di fenomeni che coinvolgono oggetti molto massivi ma di dimensioni minuscole (come alcuni buchi neri, caratterizzati da una massa enorme e un volume estremamente piccolo).
E qui sorgono i problemi: per come sono state concepite le due teorie, non sono infatti utilizzabili insieme. La teoria della relatività generale si basa sulla concezione di spazio-tempo continuo, ovvero con proprietà geometriche descrivibili in analogia a quelle di un fluido.
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’.
Una condizione analoga a quella di un secchiello trasparente, riempito di sabbia per metà: guardandolo da lontano non si può capire se contenga un fluido o qualcosa di solido. Avvicinandosi, si riesce però a notare la natura granulare dell’inerte.
Per decenni non si è riusciti a dimostrare sperimentalmente questa ipotesi, poiché gli effetti del fenomeno sono estremamente piccoli e difficili da rilevare. Lo studio condotto dalla Sapienza ha sfruttato un’impostazione statistica che considera tutti i dati ottenuti da Fermi e IceCube per stabilire quanto sono frequenti le osservazioni di particelle (fotoni o neutrini) con proprietà attribuibili alla schiuma spaziotemporale.
Il campione statistico non è ancora sufficiente a trarre conclusioni definitive, tuttavia “con l’accumulo di dati che si avrà nei prossimi 4 o 5 anni spiega Amelino Camelia — potremo sapere con certezza se lo specifico modello di schiuma spaziotemporale che abbiamo considerato è confermato; anche in caso negativo sarebbe un passo significativo, consentendoci di restringere la classe di modelli su cui concentrare gli sforzi”.
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