L'esperimento, appena finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, potrebbe fornire la prima prova diretta che lo spazio stesso ha una struttura, e che tale struttura è quantistica
Da oltre cento anni la fisica convive con una contraddizione silenziosa alla sua base. La relatività generale di Einstein descrive l'universo su scale cosmiche con sorprendente precisione: il moto dei pianeti, la deflessione della luce, le increspature dello spaziotempo causate dalla collisione di buchi neri. La meccanica quantistica fa lo stesso alle scale più piccole: il comportamento delle particelle, la struttura degli atomi, la natura della luce. Entrambe le teorie funzionano. Nessuna delle due sbaglia. Eppure, sono fondamentalmente incompatibili. La loro unificazione è considerata una delle più grandi sfide aperte della scienza. Questo potrebbe cambiare a breve.
Un paio di settimane fa, la Cardiff University ha annunciato che il professor Hartmut Grote, dell'Istituto di Gravità, ha ricevuto un importante finanziamento dal Consiglio europeo della ricerca per realizzare un esperimento rivoluzionario con un unico obiettivo: trovare la prima prova sperimentale diretta della gravità quantistica. L'idea alla base del progetto è tanto elegante quanto radicale. Lo spaziotempo, il tessuto dell'universo, potrebbe non essere liscio e continuo come lo immaginava Einstein. Potrebbe essere granulare, pixelato. Costituito da unità quantistiche discrete, su una scala così piccola da non essere mai stata misurata direttamente: la lunghezza di Planck, una distanza circa venti ordini di grandezza più piccola di un protone. Non sono pixel che si possono vedere. Ma, nelle giuste condizioni, la teoria prevede che creino una sorta di sfocatura quantistica, un tremolio quasi impercettibile nelle posizioni degli oggetti che ci circondano.
Il team del professor Grote intende rilevare proprio questo tremolio. Utilizzando un interferometro laser da banco, uno strumento così sensibile da poter misurare variazioni di lunghezza inferiori a un miliardesimo di atomo, combineranno due tecnologie quantistiche avanzate mai utilizzate insieme prima: luce compressa, che riduce il rumore quantistico nelle misurazioni laser al di là dei limiti classici, e rilevamento a singolo fotone, che offre una precisione senza precedenti con un rumore quasi nullo. L'esperimento, denominato Single Photon Detection Interferometry for Quantum Gravity, si basa direttamente sulle tecnologie sviluppate per LIGO e Virgo, i rilevatori di onde gravitazionali che hanno già dimostrato la capacità di captare le più lievi increspature dello spaziotempo prodotte dalla collisione di buchi neri a miliardi di anni luce di distanza.
«Confermare le firme quantistiche dello spaziotempo sarebbe un risultato epocale. Cambierebbe la nostra comprensione della realtà al livello più fondamentale e aprirebbe direzioni completamente nuove per la ricerca scientifica. Più di cento anni dopo che Einstein ha trasformato la nostra comprensione dello spazio e del tempo, questo progetto potrebbe avvicinarci di un passo al completamento del quadro che ha iniziato. Penso che sarebbe entusiasta.» afferma il professor Hartmut Grote della Cardiff University.
Se l'esperimento avrà successo, le implicazioni andranno ben oltre una singola scoperta. Uno spaziotempo quantizzato confermerebbe che l'universo non è composto da campi lisci e geometria continua, ma da qualcosa di simile all'informazione: discreto, computabile, fondamentalmente quantistico. Confermerebbe concetti teorici sviluppatisi silenziosamente nel corso dei decenni, dal principio olografico all'idea che la geometria dello spaziotempo emerga dall'entanglement quantistico. Significherebbe che ciò che chiamiamo realtà fisica - spazio, tempo, materia - non è il fondamento dell'universo. È così che l'informazione quantistica dell'universo appare dalla nostra prospettiva. Come bonus, lo stesso esperimento potrebbe rilevare tracce di materia oscura e onde gravitazionali primordiali, echi dei primissimi istanti dell'universo. La scienza, come dice il professor Grote, non sempre si annuncia a gran voce. A volte arriva come un quasi impercettibile tremolio di un raggio laser su un banco da laboratorio.
