Onde gravitazionali: cosa succede ora alla fisica?

Quattro anni fa, il bosone di Higgs. Oggi, le onde gravitazionali. Due tra le più grandi e difficili battaglie della fisica moderna – vere e proprie cacce al tesoro, con obiettivi maledettamente bravi a nascondersi – sono state appena vinte. La prima è durata quasi sessant’anni; per venire a capo della seconda, c’è voluto oltre un secolo. Cosa succede ora? È legittimo pensare che, domato l’Higgs e surfato sulle onde di gravità, gli scienziati siano (finalmente) vicini a una comprensione più o meno completa dell’Universo e delle sue regole? Il refrain è quello che, all’indomani di ogni grande scoperta, torna ciclicamente a circolare negli ambienti accademici: ancora pochi anni, il tempo di sistemare gli ultimi parametri, raffinare qualche osservazione, e tutti i tasselli andranno al loro posto, chiudendo il cerchio e regalandoci, alfine, la tanto agognata teoria del tutto.

Niente di più falso. Al contrario: la conferma sperimentale dell’esistenza delle onde gravitazionali, come ha raccontato l’astrofisico Amedeo Balbi, “ci spalanca un nuovo mondo”. La ricerca non volge affatto al termine: il bello deve ancora venire. E, cosa ancora più importante, parlare di teoria del tutto ha pochissimo senso, con buona pace di James Marsh. Ce lo ha confermato anche Giovanni Amelino-Camelia, fisico teorico della Sapienza Università di Roma, tra i massimi esperti al mondo in gravità quantistica (ci torneremo tra pochissimo). “È in corso una grandissima rivoluzione nella fisica”, ha spiegato lo scienziato. “Finora abbiamo avuto modo di studiare la natura quasi esclusivamente osservando i fotoni, cioè la luce. Dallo scorso anno abbiamo iniziato a osservare anche i neutrini cosmologici. Da oggi, abbiamo la possibilità di analizzare anche le onde gravitazionali. Sono due ‘strumenti’ con cui, auspicabilmente, potremo osservare fenomeni del tutto nuovi. È una tappa importantissima nell’osservazione dell’Universo, pari solo all’invenzione del telescopio. Come se finora avessimo visto il mondo in bianco e nero e ora, improvvisamente, avessimo la possibilità di vederlo a colori”.

Quali sono, dunque, le domande ancora aperte nella fisica moderna? La più importante e complicata riguarda, per l’appunto, la gravità quantistica. Si tratta, come vi abbiamo raccontato, di una questione abbastanza delicata, che investe i due pilastri della fisica moderna, la relatività generale e la meccanica quantistica, entrambe ampiamente verificate a livello sperimentale (in particolare, la scoperta delle onde gravitazionale è una conferma ulteriore della validità della relatività generale). La prima teoria spiega il comportamento della gravità, descrivendola in termini di una sorta di deformazione dello spazio-tempo, la struttura quadridimensionale in cui siamo immersi. La seconda, invece, contiene le leggi fisiche che regolano il comportamento delle particelle su scale microscopiche.

Semplificando all’estremo, potremo dire che le due teorie si occupano, rispettivamente, dell’enormemente grande e dell’enormemente piccolo; separatamente, entrambe funzionano alla perfezione. Il problema è che, quando i fisici provano a inserirle in un unico quadro, le teorie non combaciano. Ovvero, in altre parole, non è (ancora) possibile quantizzare la gravità. “Da oggi, però”, ci dice Amelino-Camelia, “potremmo usare i neutrini cosmologici o le onde gravitazionali come ‘sonde dello spazio-tempo’ che potranno aiutarci, meglio di quanto non abbiano fatto i fotoni, a costruire una teoria della gravità quantistica”.

Un altro punto delicato, e del tutto irrisolto, è quello relativo alle cosiddette materia ed energia oscure. “La scoperta del bosone di Higgs e delle onde gravitazionali”, spiega il fisico teorico, “ha messo ordine nella nostra comprensione di quello che avviene nel 4% dell’Universo. Non a caso il restante 96%, di cui sappiamo poco o nulla, è stato etichettato con l’aggettivo ‘oscuro’”. Cominciamo dalla materia oscura. Tutta la materia attualmente conosciuta viene descritta dal cosiddetto Modello Standard, una teoria che spiega la natura, il comportamento e le interazioni delle particelle elementari, e che, nel suo regime, funziona molto bene – anche se, naturalmente, non contiene la gravità, dal momento che, come raccontato sopra, non abbiamo ancora messo a punto una teoria della gravità quantistica. “È possibile, però”, spiega Amelino-Camelia, “che il Modello Standard sia incompleto, nel senso che manca della descrizione della materia che al momento chiamiamo genericamente ‘oscura’”. L’energia oscura è, se possibile, ancora più complicata: quello che si ipotizza, senza conoscerne la natura, è che dietro ci sia comunque lo zampino della gravità. Staremo a vedere: la strada da percorrere è ancora lunghissima. Ma sarà un bellissimo viaggio.

Via: Wired.it