La gravità è una quantità? Una nuova esperienza per esplorare le profondità dell’universo

• Gli scienziati stanno sviluppando un esperimento per verificare se la gravità è quantistica o meno
• Nella meccanica quantistica, che descrive il comportamento di atomi e molecole, le cose si comportano diversamente da tutto ciò che conosciamo: possono trovarsi in uno stato di sovrapposizione quantistica tale da trovarsi in due posti contemporaneamente.
• Ora gli scienziati stanno cercando un modo per determinare se la gravità funziona in questo modo, facendo levitare piccoli diamanti nel vuoto
• Se la gravità fosse quantistica, i diamanti sarebbero “intrecciati” – un fenomeno interessante che collega fortemente due oggetti in modi impossibili nella vita di tutti i giorni
• Questa ricerca aiuterà a comprendere i buchi neri la grande esplosioneE l’universo

Esperimento sulla gravità quantistica

Gli scienziati stanno sviluppando un esperimento per verificare se la gravità è quantistica, una delle domande più profonde sul nostro universo.

La relatività generale e la meccanica quantistica sono le nostre due descrizioni fondamentali della natura. La relatività generale spiega la gravità su larga scala mentre la meccanica quantistica spiega il comportamento di atomi e molecole.

La sfida di unificare le teorie

Probabilmente il problema irrisolto più importante della fisica fondamentale è il modo corretto di combinare queste due teorie, per determinare se la gravità opera a livello quantistico. Sebbene il lavoro teorico abbia suggerito molte possibilità, sono necessari esperimenti per comprendere appieno il comportamento della gravità.

Un raggio laser nel laboratorio di Gavin Morley esplora le proprietà quantistiche dei diamanti. Credito: Gavin Morley

Un’esperienza rivoluzionaria da parte del consorzio globale

Per cento anni, gli esperimenti sulla natura quantistica della gravità sembravano inverosimili, ma ora gli scienziati delle Università di Warwick, University College London, Yale (USA), Northwestern (USA) e Groningen (Paesi Bassi) lavoreranno insieme per indaga su questo puzzle. .

La loro nuova idea è quella di sollevare due minuscoli diamanti nel vuoto e collocarli entrambi in una sovrapposizione quantistica in due posti contemporaneamente. Questo comportamento controintuitivo è una caratteristica fondamentale della meccanica quantistica.

La visione dell’esperimento del professor Morley

Ogni diamante può essere pensato come una versione più piccola del gatto di Schrödinger. Il ricercatore principale, Professor Gavin Morley, Dipartimento di Fisica, Università di WarwickSpiega: “Il gatto di Schrödinger è un esperimento mentale che suggerisce che sarebbe davvero strano per gli oggetti di uso quotidiano (e gli animali domestici!) trovarsi in uno stato di sovrapposizione quantistica per trovarsi in due posti contemporaneamente. Vogliamo testare i limiti di questo idea.”

“Abbiamo posizionato con successo atomi e molecole in questo stato di sovrapposizione, ma vogliamo farlo con oggetti molto più grandi. I nostri diamanti sono costituiti da un miliardo o più di atomi. Per testare la natura quantistica della gravità, dobbiamo cercare le interazioni tra due di questi diamanti a causa della gravità.

“Se la gravità fosse quantistica, sarebbe in grado di intrecciare due diamanti. L’entanglement è un effetto quantistico unico in cui due cose sono collegate più fortemente di quanto sia possibile nella nostra vita quotidiana. Ad esempio, se due monete potessero essere impigliate, potresti scoprire che quando li giri scendono allo stesso modo anche se è impossibile sapere se saranno testa o croce.

Sfide e ripercussioni

Ci sono ancora molte sfide per realizzare questa idea, che il team esaminerà durante il progetto. “Ad esempio, dobbiamo eliminare tutte le interazioni tra le nanoparticelle diverse dalla gravità, il che è molto difficile perché la gravità è così debole”, afferma il dott. David Moore, della Università di Yale.

Il professor Morley, che è il direttore fondatore di Warwick Quantum, una nuova iniziativa di ricerca multidisciplinare sulla tecnologia quantistica, ha aggiunto: “Per me, il problema più importante in fisica in questo momento è lo sviluppo di un esperimento in grado di testare la natura quantistica della gravità. Questo nuovo progetto è un’accelerazione del nostro entusiasmante viaggio verso proprio questo.

Prospettive degli studiosi che collaborano

Il professor Sugato Bose, dell’University College di Londra, ha commentato: “È difficile sopravvalutare quanto sia importante per i fisici condurre esperimenti in grado di scoprire il modo giusto di combinare la meccanica quantistica e la relatività generale. Le persone che lavorano su teorie della gravità quantistica, come ad esempio teoria delle stringhe, di solito si concentra su cosa succede alle alte energie, vicino ai buchi neri e al big bang.

“Al contrario, il nostro lavoro viene svolto in regime di bassa energia qui sulla Terra, ma fornirà anche informazioni preziose su… se La gravità è quantistica. L’esperimento può anche essere considerato una verifica della previsione generale di qualsiasi teoria quantistica della gravità a basse energie.

Il professor Anupam Mazumdar, dell’Università di Groningen, aggiunge: “Nel percorso verso la comprensione della natura quantistica della gravità, potremmo essere in grado di testare altri aspetti della fisica fondamentale come le deviazioni esotiche dalla gravità newtoniana su brevi distanze”.

“Si tratta di un esperimento impegnativo e questo progetto è rivoluzionario nell’affrontare alcune delle principali sfide tecniche per rendere questi test sugli aspetti quantistici della gravità una realtà”, afferma Andrew Geraci, professore associato di fisica. Università nordoccidentale.

Il progetto si chiama “MAST-QG: sovrapposizioni macroscopiche verso la visione della natura quantistica della gravità”.