La costante gravitazionale G determina la forza di gravità, la forza che fa cadere le mele a terra o trascina la Terra nella sua orbita attorno al sole. Fa parte della legge di gravitazione universale di Isaac Newton, da lui formulata per la prima volta più di 300 anni fa. La costante non può essere derivata matematicamente; deve essere determinato attraverso l'esperimento.

Nel corso dei secoli gli scienziati hanno condotto numerosi esperimenti per determinare il valore di G, ma la comunità scientifica non è soddisfatta del dato attuale. È ancora meno preciso dei valori di tutte le altre costanti naturali fondamentali, ad esempio la velocità della luce nel vuoto.

Uno dei motivi per cui la gravità è estremamente difficile da quantificare è che è una forza molto debole e non può essere isolata:quando si misura la gravità tra due corpi, si misura anche l'effetto di tutti gli altri corpi del mondo.

"L'unica opzione per risolvere questa situazione è misurare la costante gravitazionale con quanti più metodi possibili", spiega Jürg Dual, professore presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e di processo dell'ETH di Zurigo. Lui e i suoi colleghi hanno condotto un nuovo esperimento per rideterminare la costante gravitazionale e ora hanno presentato il loro lavoro sulla rivista scientifica Nature Physics .

Un nuovo esperimento in un'antica fortezza

Per escludere il più possibile le fonti di interferenza, il team di Dual ha installato le proprie apparecchiature di misurazione in quella che un tempo era la fortezza di Furggels, situata vicino a Pfäfers sopra Bad Ragaz, in Svizzera. La configurazione sperimentale consiste in due travi sospese in camere a vuoto. Dopo che i ricercatori hanno impostato una vibrazione, l'accoppiamento gravitazionale ha fatto sì che anche il secondo raggio mostrasse un movimento minimo (nell'intervallo dei picometri, ovvero un trilionesimo di metro). Utilizzando dispositivi laser, il team ha misurato il movimento dei due raggi e la misurazione di questo effetto dinamico ha permesso loro di dedurre l'entità della costante gravitazionale.

Il valore a cui sono giunti i ricercatori utilizzando questo metodo è del 2,2 per cento superiore all'attuale valore ufficiale fornito dal Committee on Data for Science and Technology. Tuttavia, Dual riconosce che il nuovo valore è soggetto a una grande quantità di incertezza:"Per ottenere un valore affidabile, dobbiamo ancora ridurre questa incertezza di una quantità considerevole. Stiamo già effettuando misurazioni con un valore leggermente modificato configurazione sperimentale in modo da poter determinare la costante G con una precisione ancora maggiore". I primi risultati sono disponibili ma non sono stati ancora pubblicati. Tuttavia, Dual conferma che "siamo sulla strada giusta".

I ricercatori conducono l'esperimento a distanza da Zurigo, il che riduce al minimo le interruzioni del personale presente sul posto. Il team può visualizzare i dati di misurazione in tempo reale ogni volta che lo desidera.

Analisi della storia dell'universo

Per Dual, il vantaggio del nuovo metodo è che misura la gravità in modo dinamico tramite i raggi mobili. "Nelle misurazioni dinamiche, a differenza di quelle statiche, non importa che sia impossibile isolare l'effetto gravitazionale di altri corpi", dice. Ecco perché spera che lui e il suo team possano usare l'esperimento per risolvere l'enigma della gravità. La scienza non ha ancora compreso appieno questa forza naturale o gli esperimenti che la riguardano.

Ad esempio, una migliore comprensione della gravità ci consentirebbe di interpretare meglio i segnali delle onde gravitazionali. Tali onde sono state rilevate per la prima volta nel 2015 presso gli osservatori LIGO negli Stati Uniti. Erano il risultato di due buchi neri orbitanti che si erano fusi a una distanza di circa 1,3 miliardi di anni luce dalla Terra. Da allora, gli scienziati hanno documentato dozzine di tali eventi; se potessero essere tracciati in dettaglio, rivelerebbero nuove intuizioni sull'universo e sulla sua storia.

Un traguardo di carriera

Dual iniziò a lavorare sui metodi per misurare la costante gravitazionale nel 1991, ma a un certo punto aveva sospeso il suo lavoro. Tuttavia, l'osservazione delle onde gravitazionali a LIGO gli ha dato nuovo slancio e nel 2018 ha ripreso le sue ricerche. Nel 2019, il team del progetto ha allestito il laboratorio nella fortezza di Furggels e ha iniziato nuovi esperimenti. Oltre agli scienziati del gruppo di Dual e a un professore di statistica, il progetto ha coinvolto anche il personale delle infrastrutture come specialisti di camere bianche, un ingegnere elettrico e un meccanico. "Questo esperimento non avrebbe potuto realizzarsi senza anni di lavoro di squadra", afferma Dual.

Dual sta diventando professore emerito alla fine di luglio di quest'anno e ha già tenuto la sua lezione d'addio. "Un esperimento riuscito è un bel modo per porre fine alla mia carriera", dice. + Esplora ulteriormente

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