Le onde gravitazionali potrebbero farci scoprire nuove dimensioni nell'universo

due buchi neri che si fondono
Le onde gravitazionali rilevate dal LIGO sono state prodotte dalla fusione di due buchi neri, come in questa immagine generata al computer SXS project

La conferma dell'esistenza delle onde gravitazionali è stata uno degli eventi scientifici più eccitanti degli ultimi tempi. Quello straordinario risultato, che probabilmente sarà tenuto in ampia considerazione dalla commissione che assegnerà i prossimi Premi Nobel, non ha però certo esaurito il proprio "peso" sulla scienza: le onde gravitazionali potrebbero infatti essere la chiave per individuare delle altre dimensioni nel nostro universo, secondo due fisici del Max Planck Institute for Gravitational Physics di Potsdam (Germania).

L'esistenza di queste altre dimensioni potrebbe infatti lasciare delle "firme" di qualche tipo sulle onde gravitazionali: riuscire a rilevarli potrebbe permettere di dimostrare l'esistenza di queste dimensioni e, conseguentemente, di dare una risposta ad alcune delle più grandi domande della fisica moderna, come ad esempio per quale motivo la gravità appaia così debole rispetto alle altre forze fondamentali che conosciamo.

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Solitamente, l'universo viene considerato come suddiviso in quattro dimensioni: le tre spaziali più il tempo, il che però non ci permette di spiegare tutto ciò che osserviamo. Prendiamo ad esempio la teoria delle stringhe, un ambito di studi nel quale si prova a trovare un punto d'incontro fra la meccanica quantistica e la relatività generale, nel quale i "tradizionali" punti materiali della fisica delle particelle vengono rimpiazzati da oggetti monodimensionali detti, per l'appunto, stringhe.

Uno dei principali problemi di questa teoria è che non ha alcun senso in un universo provvisto "soltanto" di quattro dimensioni: ne servirebbero altre sei perché la teoria possa essere considerata valida dal punto di vista matematico e, ad oggi, non solo non ne conosciamo neanche una in più delle suddette quattro, ma non sapremmo neanche dove cercarle.

Gustavo Lucena Gómez e David Andriot, due fisici dell'istituto tedesco, ritengono che in questa ricerca la pista da seguire sia per l'appunto quella delle onde gravitazionali. Per chi non lo ricordasse dagli altisonanti annunci di poco più di un anno fa, si tratta di increspature nello spazio-tempo che si propagano, per l'appunto, come onde che si allontanano dalla propria fonte.

ligo onde gravitazionali Il laboratorio LIGO di Hanford (Washington). L'impianto gemello si trova a Livingston (Louisiana). Qui nel 2015 è stata effettuata la prima rilevazione dell'esistenza delle onde gravitazionali  REUTERS/Caltech/MIT/LIGO Laboratory/Handout via Reuters

Vengono prodotte quando delle masse enormi subiscono fortissime accelerazioni e Albert Einstein ne aveva previsto l'esistenza oltre un secolo fa, formulando la sua teoria della relatività generale. L'idea sulla quale si basa l'ipotesi dei due fisici è che, se nel nostro universo sono presenti più dimensioni di quelle conosciute, le onde gravitazionali le percorrano tutte. Nel modello matematico sviluppato da Gomez ed Andriot, sono stati isolati due fattori che potrebbero essere rivelatori.

Come spiegato in un paper messo in pre-pubblicazione su arXiv, se le onde gravitazionali si propagassero in una dimensione ulteriore genererebbero una "torre" di onde gravitazionali extra con alte frequenze. Questo primo fattore è al momento praticamente impossibile da rilevare: servirebbe uno strumento che sia migliaia di volte più sensibile del LIGO, l'enorme interferometro grazie al quale è stata eseguita la scoperta dello scorso febbraio.

Il secondo fattore offre invece qualche possibilità in più, sebbene si stia parlando di qualcosa di estremamente difficile: per rilevarlo sarebbe necessario osservare delle eventuali anomalie nel modo nel quale le onde gravitazionali comprimono o allungano l'universo al loro passaggio. Il problema è che ci sarebbe bisogno di tre strutture come il LIGO che dovrebbero tutti guardare la stessa cosa nello stesso momento: si tratta di qualcosa di realizzabile ma che ancora non abbiamo.

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Bobby Acharya, fisico teorico del King's College London, ha spiegato a Newsweek di non condividere l'entusiasmo dei due ricercatori del Max Planck, o quantomeno di non essere altrettanto possibilista: lo scienziato ha spiegato che a suo parere le dimensioni extra che dobbiamo ancora rilevare esistono sicuramente, ma potrebbero essere troppo piccole per essere individuate tramite le onde gravitazionali.

"Questo significa che, allo scopo di eccitarle e creare onde in queste extra-dimensioni, servirebbe un mucchio di energia", spiega Osborne. "E se si producesse l'onda gravitazionale che si propaga nelle dimensioni extra, il fatto che queste siano così piccole significa che la frequenza dell'onda gravitazionale sarà molto alta, molto più di quanto possano rilevare gli strumenti del LIGO".

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