I ricercatori hanno rideterminato la costante gravitazionale G utilizzando una nuova tecnica di misurazione. Sebbene il valore misurato abbia ancora un alto grado di incertezza, il metodo ha un grande potenziale per verificare una delle leggi fondamentali della natura.
La costante gravitazionale G determina la forza di gravità. Garantisce che le mele cadano a terra o che la terra giri intorno al sole. Isaac Newton ha formulato la legge di gravità più di 300 anni fa, in cui si verifica questa costante naturale. Non può essere derivato matematicamente, ma può essere determinato solo sperimentalmente.
Sebbene gli scienziati abbiano condotto nel tempo numerosi esperimenti per determinare il valore della costante gravitazionale, il valore attualmente valido non soddisfa gli esperti. È comunque meno preciso del valore di qualsiasi altra costante naturale fondamentale, come la velocità della luce nel vuoto.
Il fatto che la gravità sia estremamente difficile da comprendere ha a che fare con il fatto che è molto debole e non può essere schermata: Se si misura la forza di gravità tra due corpi, si misura anche l’effetto di tutti gli altri corpi del mondo.
L’unico modo per risolvere questa situazione è determinare la costante gravitazionale utilizzando il maggior numero possibile di metodi diversi, spiega Jürg Dual, professore presso il Dipartimento di Ingegneria meccanica e di processo del Politecnico di Zurigo. Ora lui e i suoi colleghi presentano un nuovo esperimento sulla rivista Nature Physics, con il quale hanno determinato nuovamente la costante gravitazionale.
Esperimento inedito in un’antica fortezza
Per escludere il più possibile le fonti di interferenza, il team di Dual ha installato l’apparecchiatura di misura nell’ex fortezza di Furggels, vicino a Pfäfers, sopra Bad Ragaz. L’impianto sperimentale è costituito da due travi sospese in camere a vuoto. I ricercatori ne hanno messo uno in vibrazione. A causa dell’accoppiamento gravitazionale, anche la seconda barra ha iniziato a vibrare minimamente (nell’ordine dei picometri, cioè un trilionesimo di metro). I ricercatori hanno infine misurato il movimento delle due barre vibranti con dispositivi di misurazione laser e la misurazione di questo effetto dinamico ha permesso di trarre conclusioni sull’entità della costante gravitazionale.
Il valore così determinato dai ricercatori è superiore del 2,2% rispetto all’attuale dato ufficiale fornito dal Committee on Data for Science and Technology. Tuttavia, Dual ammette che il nuovo valore è soggetto a grande incertezza: Per ottenere un valore affidabile, questa incertezza deve ancora essere ridotta in modo significativo. Stiamo già effettuando misure con un set-up sperimentale leggermente modificato per poter determinare la costante G in modo ancora più preciso. I primi risultati sono disponibili, ma non ancora pubblicati. Siamo sulla strada giusta, conferma Dual.
L’esperimento si svolge in remoto da Zurigo. In questo modo si riducono al minimo le interruzioni da parte del personale presente in loco. I ricercatori possono visualizzare i dati di misurazione in tempo reale e in qualsiasi momento.
Approfondimento sulla storia dell’universo
Per lui, il vantaggio del nuovo metodo è che la gravità viene misurata dinamicamente attraverso le aste vibranti. Con le misurazioni dinamiche, a differenza di quelle statiche, non importa che la gravità che agisce da altri corpi non possa essere schermata, spiega. Spera quindi di poter contribuire, insieme al suo team, a risolvere l’enigma della gravità con questo esperimento. La scienza non ha ancora compreso appieno questa forza naturale né gli esperimenti che la riguardano.
Una migliore comprensione della gravità permetterebbe, ad esempio, di interpretare meglio i segnali delle onde gravitazionali. Tali onde sono state rilevate per la prima volta nel 2015 presso gli osservatori LIGO negli Stati Uniti. Erano il risultato di due buchi neri orbitanti che si erano fusi a una distanza di circa 1,3 miliardi di anni luce dalla Terra. Da allora, gli scienziati sono riusciti a documentare decine di eventi di questo tipo. Se questi eventi potessero essere tracciati in dettaglio, si potrebbero ottenere nuove conoscenze sull’universo e sulla sua storia.
Finale di carriera da incorniciare
Jürg Dual ha lavorato sui metodi di misurazione della costante gravitazionale dal 1991, ma nel frattempo ha smesso di lavorarci. L’osservazione delle onde gravitazionali al LIGO ha dato un nuovo impulso alla sua ricerca e nel 2018 ha ripreso la ricerca gravitazionale. Nel 2019, il gruppo ha allestito il laboratorio nella Fortezza di Furggels e ha avviato nuovi esperimenti. Oltre agli scienziati del gruppo di Dual, il progetto ha coinvolto anche il personale dell’infrastruttura, come gli specialisti della camera bianca, un ingegnere elettrico e un meccanico, oltre a uno statistico. Questo esperimento è stato realizzato solo grazie a un lavoro di squadra durato anni...
Dual diventerà emerito alla fine di luglio di quest’anno e ha già tenuto la sua conferenza di addio. Questo esperimento riuscito è un bel modo di concludere la mia carriera", dice.
Riferimenti
Brack T, Zybach B, Balabdaoui F, et al. Misura dinamica dell’accoppiamento gravitazionale tra fasci risonanti nel regime degli hertz. Nature Physics, 11 luglio 2022. doi: 10.1038/s41567’022 -01642-8
Peter Rüegg
