Incontro Davide Gaiotto, titolare della cattedra di fisica Galileo al centro Perimeter in Canada, tra le colline del Po a Casalborgone, luogo che ha sempre amato esplorare in lunghe passeggiate fin da quand’era bambino.
Sei attento al territorio o altro quando cammini? Ti permette di pensare meglio?
“Dipende. A volte passeggio per riposare, e guardo solo quello che mi circonda. Ma spesso cammino per pensare a come organizzare un progetto o una presentazione, prima di iniziare a fare calcoli o scrivere un articolo.”
Noi comuni mortali…siamo presi un po’ alla sprovvista da quelle che vengono annunciate come grandi novità scientifiche e spesso le informazioni sono per soli adepti, incomprensibili!
Mi racconti in parole semplici a che punto siamo?
“Io mi occupo di fisica teorica, che e’ un po’ astratta. Forse e’ più utile descriverti alcune novità fisiche eclatanti che stanno accadendo in astronomia. Non e’ la mia specializzazione, ma sono davvero importanti.
L’astronomia sta attraversando un periodo molto eccitante, quasi l’inizio di una nuova era. Questa rivoluzione è dovuta all’apertura di due nuovi “sensi”.
Finora, l’astronomia e’ sempre stata basata sulla “vista”: telescopi di ogni genere percepiscono varie forme di “luce”, o meglio onde elettromagnetiche visibili o no ad occhio nudo: onde radio, microonde, infrarossi, luce visibile, ultravioletto, raggi X, raggi gamma sono tutte forme di luce di diverse frequenze.
A questo senso fondamentale si sono ora aggiunti due nuovi sensi: rivelatori che percepiscono onde gravitazionali e rivelatori che percepiscono neutrini.”
Alt alt, ti fermo perché devi spiegarmi meglio: da cosa sono prodotti onde gravitazionali e neutrini?
“Le onde gravitazionali sono prodotte, in principio, da qualunque massa in accelerazione. In pratica, sono impercettibili a meno che uno non parli di masse enormi, cioè stellari, e accelerazioni inimmaginabili. Per fortuna, l’universo e’ grande e complicato e ci sono situazioni dove oggetti molto massicci e compatti, come buchi neri o stelle di neutroni, possono trovarsi a ruotare l’uno intorno all’altro a velocità prossime a quelle della luce e orbite strettissime, del raggio di pochi chilometri. Questo capita di solito subito prima che questi oggetti collidano l’uno contro l’altro. Questi processi coinvolgono energie immense e producono onde gravitazionali forti a sufficienza da essere percepibili attraverso l’universo. Un’altra possibilità teorica è che onde gravitazionali percettibili siano prodotte dal Big Bang.
I neutrini sono prodotti da reazioni nucleari di ogni tipo. Anche le reazioni termonucleari che danno energia al sole producono neutrini in abbondanza. Il tipo di neutrini prodotti e la loro energia dipendono dal fenomeno che li ha prodotti.
Il fatto cruciale è che la materia è trasparente ai neutrini e quindi i neutrini danno informazioni dirette sull’oggetto che li ha prodotti, indifferenti agli ostacoli che ci separano da quell’oggetto. Lo stesso è vero per le onde gravitazionali, ma non è vero per la luce!
Per esempio, la luce non ci permetterebbe mai di vedere l’interno del sole, o l’inizio dell’universo, quando era così denso da non essere trasparente. Quindi, i neutrini e le onde gravitazionali possono permettere di “vedere” fenomeni altrimenti invisibili, e aggiungono nuove informazioni su fenomeni altrimenti visibili.”
Per favore qualche spiegazione in più sull’inizio dell’universo? Mi sembra interessante questo aspetto!
“Dato che la luce ha una velocità fissa, più guardi lontano più antiche sono le immagini che vedi. Se guardi più lontano possibile con un telescopio, vedi immagini dell’universo quando era molto giovane. Nel periodo di tempo subito successivo al Big Bang l’universo non era trasparente alla luce e quindi non possiamo vederlo. Possiamo solo vedere il momento in cui l’universo è diventato trasparente. Questo dà un sacco di informazioni molto utili, ma nasconde il Big Bang ai nostri occhi. Se il Big Bang ha creato onde gravitazionali forti, però, potremo vederle direttamente. I rivelatori gravitazionali sono in un certo senso paragonabili a delle orecchie. Il suono tradizionale non si propaga nello spazio vuoto, dato che è una vibrazione dell’aria. Invece, Einstein ha predetto che si possano propagare vibrazioni nella struttura stessa dello spazio, onde gravitazionali che cambiano in maniera quasi impercettibile le distanze tra gli oggetti.”
Cosa intendi quando dici che cambiano in maniera quasi impercettibile le distanze?
“Lo intendo in modo molto letterale. A volte la relatività generale è spiegata con un’analogia in cui lo spazio è immaginato come un foglio di gomma elastico. E’ un’analogia pessima, ma se ci accontentiamo di usarla allora un’onda gravitazionale è una vibrazione di quel foglio di gomma. La distanza tra oggetti attaccati al foglio di gomma cambia leggermente a causa della vibrazione.
I rivelatori di onde gravitazionali spesso funzionano facendo rimbalzare un laser tra due specchi posti a distanza fissata. Un’onda gravitazionale di passaggio cambia quella distanza e quindi cambia il tempo che il laser impiega a rimbalzare da uno specchio e l’altro.
È una misurazione difficilissima, dato che le onde gravitazionali più forti che passano nei dintorni della terra creano cambiamenti davvero minimi nelle distanze tra le cose, dell’ordine di frazioni dello spessore di un atomo. Ciononostante questa misurazione è ora possibile, nei laboratori di Ligo (USA) e Virgo (Italia).”
Quello del Gran Sasso?
“Mi risulta che Virgo sia vicino a Pisa, ricordo di esseri passato accanto in una passeggiata molti anni fa da studente. La ricerca delle onde gravitazionali è durata moltissimi anni, i ricercatori hanno avuto una tenacia enorme.
Le onde gravitazionali più forti, che sono state recentemente osservate, sono prodotte dalla collisione di oggetti molto massicci ma molto piccoli: buchi neri o stelle di neutroni.”
Ecco per l’appunto, questi buchi neri…mi spieghi cosa sono? Ne hanno già dette di tutti i …colori su questo nero!
“Questa è un’altra storia e andrà raccontata un’altra volta.”
Va bene, alla prossima volta allora!
