Da INTEGRAL nuovi indizi sulla quantizzazione dello spaziotempo
di Andrea Signori
Il team di scienziati, avvalendosi dei dati registrati dal satellite INTEGRAL dell’ESA, ha studiato la luce emessa durante il lampo di raggi gamma GRB041219A, mostrando che gli effetti quantistici sulla struttura dello spaziotempo, se presenti, si manifestano a lunghezza inferiore alla scala di Planck. Ma come può la luce associata a una forte esplosione stellare fornire informazioni sulla trama dello spaziotempo?
Il lampo GRB041219A catturato da INTEGRAL. Grazie alla sua particolare luminosità, gli scienziati hanno potuto misurare la polarizzazione dei fotoni registrati dalla fotocamera in corrispondenza a diversi intervalli di energia. (Cortesia: ESA/SPI Team/ECF)
A quale lunghezza emergono gli effetti quantistici nello spaziotempo? (Cortesia: Cocktail Party Physics)
Le teorie che si propongono di quantizzare la gravità descrivono lo spaziotempo come un’entità fuzzy, sfumata: tutt’altro che “liscia” e “modellabile”, come nella relatività generale. Di conseguenza non tutti i sistemi di riferimento inerziali risultano equivalenti (per gli specialisti, sorgono violazioni alla Lorentz-invarianza, cioè LIVs, Lorentz Invariance Violations). Se applichiamo questi principi primi al calcolo di quantità osservabili, come la polarizzazione della luce prodotta da eventi stellari, possiamo testare sperimentalmente la validità delle nostre speculazioni.
Ad esempio, secondo queste teorie la luce si propaga con velocità dipendente dal proprio stato di polarizzazione. Ma la Natura si comporta effettivamente così? Per capirlo, Laurent e i suoi colleghi hanno calcolato le variazioni di polarizzazione della luce emessa durante il lampo gamma studiato da INTEGRAL in funzione dell’energia. Perché proprio il lampo GRB041219A? Anzitutto per la sua alta luminosità. In secondo luogo per l’elevata distanza dell’esplosione che lo ha generato. Ragionando in modo qualitativo, potremmo pensare che la luce interagisca con la struttura “granulare” dello spaziotempo quantizzato. Quindi, più il tragitto coperto dalla luce è lungo, maggiori saranno gli effetti di quest’interazione. Il risultato? Compatibile con zero.
Ma… allora? Niente quantum gravity? No, questi risultati non azzardano tanto. Semplicemente indicano che dobbiamo ripensare la quantizzazione dello spaziotempo. O, meglio, non tanto il carattere quantistico in sé, ma la scala di lunghezze alla quale questo potrebbe fare il suo ingresso in scena. Infatti nell’articolo si dimostra l’incompatibilità con i dati sperimentali di un modello con “correzioni alle leggi fisiche ordinarie dovute alla quantum gravity” proporzionali alla lunghezza di Planck, pari a 10-35 metri. Niente di stringente si può ancora dire per i modelli in cui questi effetti entrino con potenze della massa di Planck superiori alla prima.
In soldoni: se effettivamente la meccanica quantistica mettesse lo zampino nella tessitura della trama spaziotemporale, dovremmo aspettarci un suo intervento per lunghezze inferiori a quella di Planck. Questa scala, da sempre considerata come il punto di congiunzione tra spazio, tempo e teoria quantistica, va ulteriormente abbassata. Dunque siamo in presenza di un risultato importante: stringhe, loop e affini devono fare i conti con questo severo limite sperimentale per potersi elevare, dalla speculazione, al rango di teorie fisiche.
P. Laurent, D. Gotz, P. Binetruy, S. Covino, & A. Fernandez-Soto (2011). Constraints on Lorentz Invariance Violation using INTEGRAL/IBIS
observations of GRB041219A arXiv arXiv: 1106.1068v1
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