Un recente articolo pubblicato sulla rivista Nature dal team della
collaborazione Alpha al CERN ("Observation of the effect of gravity on
the motion of antimatter", Nature, 27 settembre 2023) risolve
definitivamente un dubbio che da parecchio tempo infastidiva i fisici.
Sappiamo che il Big Bang ha dato luogo alla formazione della stessa
quantità di materia ed antimateria, le quali, quando si incontrano, si
trasformano in energia tramite il processo di annichilazione (che tra
l'altro presenta il massimo grado di efficienza nella conversione di una
massa in energia).
Il fatto stesso che noi esistiamo e siamo composti da materia dimostra
che qualcosa nel passato remoto ha fatto si che la materia prevalesse
sull'antimateria, impedendo che tutto quanto il contenuto dell'universo
ad un certo punto della sua storia si trasformasse in energia.
Una possibile (quanto improbabile) spiegazione proposta vede materia ed
antimateria respingersi dal punto di vista della gravità; se tale
congettura trovasse conferma, l'antimateria "mancante al nostro
inventario "non sarebbe sparita del tutto ma sarebbe stata spinta in una
remota regione dello spazio, priva di materia.
L'osservazione diretta di atomi di anti-idrogeno in caduta libera,
ottenuta al CERN grazie all'apparato "Alpha-g", ha definitivamente
invalidato tale ipotesi: l’antimateria, come previsto dalla relatività
generale, è soggetta alla stessa attrazione gravitazionale che interessa
la materia ordinaria.
Una conseguenza indiretta di tale risultato è che così viene a
mancare il principale (e finora unico) candidato a "carburante" del
motore di Alcubierre.
Vediamo di cosa si tratta ed il motivo di tale affermazione.
La Relatività Generale impone un limite massimo di velocità a ciò che si
muove nello spaziotempo, rappresentato da "c", la velocità della luce
nel vuoto.
Tale limite è imposto a ciò che si muove NELLO spaziotempo, ma non vale per lo spaziotempo stesso.
Sappiamo infatti che nel brevissimo periodo inflazionario (durato 10^-38
secondi) durante il quale il nostro universo ha raddoppiato il proprio
volume per ben 260 volte (passando così da dimensioni subatomiche a
quelle macroscopiche di un'arancia o al massimo di un pallone, a seconda
dei parametri usati nel modello), la velocità di espansione ha superato
di diversi ordini quella della luce.
Ma si trattava di un movimento DEL mezzo (lo spaziotempo) non NEL mezzo.
Nel maggio del 1994, Miguel Alcubierre, un fisico trentenne di origine
messicana, pubblica su Classical and Quantum Gravity un articolo dal
titolo "The Warp Drive: Hyper-fast travel within general relativity"
dove è descritto un metodo (teorico) che consentirebbe viaggi a velocità
superluminari pur senza violare i principi fisici sanciti dalla
Relatività Generale.
La metrica (o propulsione) di Alcubierre si basa su una originale
soluzione delle equazioni di Einstein tale da consentire ad un veicolo
di muoversi globalmente ad una velocità superiore a quella della luce,
pur localmente non superandola.
L'autore dell'articolo immagina di trasportare una regione di spazio
piano, contenente il veicolo, all'interno di una "bolla" di spazio
curvo.
Una tale bolla - indicata nel paper con il nome di "Hyper-relativistic
local-dynamic space" - sarebbe soggetta ad una spinta in avanti causata
da due eventi:
- l'espansione locale dello spazio-tempo che le sta dietro;
- la contrazione locale dello spazio-tempo che le sta di fronte.
L'astronave, pur immobile al centro della bolla e dunque dotata di
velocità rispetto "al mezzo" pari a zero, potrebbe muoversi a multipli
della velocità della luce rispetto a due punti qualsiasi nell'universo,
liberando l'umanità dalla gabbia rappresentata dalle distanze
interstellari.
Certo bisognerebbe disporre di una tecnologia in grado di modificare la forma dello spaziotempo.
Fantascienza?
Dai calcoli di Alcubierre si ricava che sarebbe possibile modellare lo
spaziotempo fornendogli una forma adatta qualora si sia in grado di
generare un campo di densità di energia negativa, cosa che equivale alla
presenza di una "massa negativa".
Se tuttavia l’antimateria gravita allo stesso modo della materia
normale, essa non può essere utilizzata per consentire la propulsione a
curvatura, cosa che alcuni fisici avevano invece previsto.
Con i risultati dell'esperimento Alpha-g è crollata la speranza di poter
concretizzare il sogno di disporre di una propulsione a curvatura.
https://it.wikipedia.org/wiki/Metrica_di_Alcubierre
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06527-1
https://www.media.inaf.it/2023/09/27/antimateria-gravita-alha-cern/
https://www.nytimes.com/2023/09/27/science/physics-universe-antimatter.html
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