Einstein alla prova della torre

Un team di scienziati tedeschi ha creato un superatomo di dimensioni visibili e lo ha lasciato cadere da una torre di 146 metri per verificare la teoria della relatività su scala quantistica: un viaggio di 4 secondi al confine tra fisica convenzionale e meccanica delle particelle.

Immaginate di essere all’interno di un ascensore senza finestre che precipita sempre più velocemente verso il basso: ammesso che riusciate a mantenere la calma, sapreste distinguere se il moto è provocato da una forza che vi spinge dall’alto oppure dall’attrazione gravitazionale della Terra che vi attira da sotto? Ovviamente no. Questo esempio, in apparenza banale, è una raffigurazione del Principio di Equivalenza formulato da Einstein nel 1911: gli effetti di un'accelerazione costante su un osservatore sono equivalenti a quelli di un campo gravitazionale uniforme sullo stesso osservatore supposto in quiete. Questo principio è il fondamento della teoria sulla Relatività Generale: spiega perchè una piuma e una palla di piombo lasciate cadere dalla stessa altezza, in assenza di attrito, arrivano a terra nello stesso istante e con la stessa velocità.

Il mondo dei quanti: onde di materia e particelle di luce
> afferma Ernst Rasel della Leibniz University di Hannover, in Germania, >. Ecco perchè scienziati e ricercatori, da quasi un secolo, mettono alla prova il principio di equivalenza testandolo su materiali diversi e soprattutto di dimensioni sempre più ridotte, fino a raggiungere la scala atomica e subatomica. A questi livelli le leggi della fisica convenzionale non funzionano più e lasciano il posto alla meccanica quantistica: la materia assume i comportamenti tipici delle onde di energia e il suo stato viene descritto da modelli probabilistici. E il Principio di Equivalenza? Funziona anche per l’infinitamente piccolo? Per scoprirlo basta lasciar cadere nel vuoto un sistema quantistico e osservarne il comportamento. Già, ma come procurarsene uno abbastanza grande da poter essere osservato, maneggiato e misurato?

L’atomo più grande del mondo
Ci sono riusciti Ernst Rasel e i suoi colleghi che hanno congelato quasi allo zero assoluto (-273,15°C) una nuvola di atomi di rubidio. A questa temperatura le particelle che compongono la materia iniziano a comportarsi come una specie di mega-atomo, un oggetto visibile ma con proprietà quantistiche, al confine tra fisica convenzionale e fisica dei quanti, chiamato condensato di Bose-Einstein. Gli scienziati hanno chiuso questo superatomo lungo circa 1 mm dentro una capsula di 2 metri e hanno fatto cadere il tutto da una torre di 146 metri costruita per esperimenti di questo tipo presso il Center of Applied Space Technology and Microgravity di Brema. Rasel e il suo team hanno ripetuto il test 180 volte e hanno appurato che durante la fase di caduta sul sistema quantistico non agisce altra forza che non sia quella di gravità.

E se Einstein avesse torto?
Per sapere se Einstein aveva ragione è però ancora troppo presto: in questo tipo di esperimenti le misurazioni sono a livello atomico e subatomico e prima di poter affermare qualcosa occorre una enorme mole di dati. Prossimamente gli scienziati lasceranno cadere dalla torre due sistemi quantistici realizzati con elementi differenti, rubidio e potassio, e verificheranno se si comportano allo stesso modo: se le loro onde di materia non risulteranno perfettamente sincronizzate, ciò significa che c’è qualcosa di sbagliato nel principio di equivalenza di Einstein. E forse, molto di ciò che oggi crediamo di sapere andrà rimesso in discussione.

(Notizia aggiornata al 16 luglio 2010)