In nuovi studi pubblicati in Lettere di revisione fisica e un numero speciale di Classica e Quantum Gravity il 14 settembre, un team di ricercatori presenta il test più preciso finora del Principio di Equivalenza Debole, una componente chiave della teoria della relatività generale. Il rapporto descrive i risultati finali della missione MICROSCOPE, che ha testato il principio misurando le accelerazioni di oggetti in caduta libera in un satellite in orbita attorno alla Terra. Il team ha scoperto che le accelerazioni di coppie di oggetti differivano di non più di una parte su 10 ¹⁵ escludendo qualsiasi violazione del principio di equivalenza debole o deviazioni dall'attuale comprensione della relatività generale a quel livello.

"Abbiamo vincoli nuovi e molto migliori per qualsiasi teoria futura, perché queste teorie non devono violare il principio di equivalenza a questo livello", afferma Gilles Métris, scienziato dell'Osservatorio della Costa Azzurra e membro del team MICROSCOPE.

La teoria della relatività generale, pubblicata da Albert Einstein nel 1915, descrive come funziona la gravità e si relaziona con il tempo e lo spazio. Ma poiché non tiene conto delle osservazioni dei fenomeni quantistici, i ricercatori cercano deviazioni dalla teoria a livelli crescenti di precisione e in varie situazioni. Tali violazioni suggerirebbero nuove interazioni o forze che potrebbero unire la relatività con la fisica quantistica. Testare il principio di equivalenza debole (WEP) è un modo per cercare potenziali espansioni alla relatività generale.

Secondo il WEP, gli oggetti in un campo gravitazionale cadono allo stesso modo quando nessun'altra forza agisce su di essi, anche se hanno masse o composizioni diverse. Per testare il principio, il team MICROSCOPE ha progettato il proprio esperimento per misurare il rapporto di Eötvös, che mette in relazione le accelerazioni di due oggetti in caduta libera, con una precisione estremamente elevata. Se l'accelerazione di un oggetto differisce da quella dell'altro di più di una parte in 10 ¹⁵ , l'esperimento lo misurerebbe e rileverebbe questa violazione del WEP.

Per misurare il rapporto di Eötvös, i ricercatori hanno monitorato le accelerazioni delle masse di prova di platino e leghe di titanio mentre orbitavano attorno alla Terra nel satellite MICROSCOPE. Lo strumento sperimentale ha utilizzato forze
elettrostatiche per mantenere coppie di masse di prova nella stessa posizione l'una rispetto all'altra e ha cercato differenze di potenziale in queste forze, che indicherebbero differenze nelle accelerazioni degli oggetti.

Una delle principali sfide dell'esperimento è stata trovare modi per testare lo strumento sulla Terra per assicurarsi che funzionasse come progettato nello spazio. "La difficoltà è che lo strumento che lanciamo non può funzionare a terra", afferma Manuel Rodrigues, scienziato del laboratorio aerospaziale francese ONERA e membro del team MICROSCOPE. "Quindi è una specie di test alla cieca".

Una volta che lo strumento era pronto, il team lo ha lanciato nel 2016. Hanno pubblicato i risultati preliminari nel 2017, ma hanno continuato ad analizzare i dati, tenendo conto di difetti e incertezze sistematiche, dopo la fine della missione nel 2018. Alla fine non hanno riscontrato alcuna violazione del WEP , stabilendo ancora i vincoli più severi sul principio.

Il lavoro del team apre la strada a test ancora più precisi del WEP con esperimenti satellitari. La loro analisi include modi per migliorare la configurazione sperimentale, come ridurre i crepitii nel rivestimento dei satelliti che hanno influenzato le misurazioni dell'accelerazione e sostituire i cavi nella configurazione con dispositivi senza contatto. Un esperimento satellitare che implementi questi aggiornamenti dovrebbe essere in grado di misurare potenziali violazioni del WEP a livello di una parte su 10 ¹⁷ , dicono i ricercatori. Ma i risultati di MICROSCOPE rimarranno probabilmente i vincoli più precisi sul WEP per un po'.

"Per almeno un decennio o forse due, non vediamo alcun miglioramento con un esperimento con un satellite spaziale", afferma Rodrigues. + Esplora ulteriormente

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