Cipo: In che modo è collegata l’osservazione di un onda gravitazionale (così grande) all’osservazione di un gravitone (così piccolo(?))?
Eleonora: Questa domanda coglie un problema fondamentale della fisica moderna. Infatti, sebbene la gravità sia compresa relativamente bene a livello macroscopico (per esempio la caduta di un grave, o il moto dei pianeti) non è ancora possibile per I fisici darvi una descrizione microscopica, a livello quantistico.
Sappiamo che la forza gravitazionale è, appunto, una forza, e in fisica abbiamo la tendenza a descrivere tutte le forze allo stesso modo, per semplicità.
Ci sono tre concetti fondamentali nella fisica: la particella, l’onda e il campo. Nella fisica classica si conosceva il concetto di punto, una massa puntiforme, detta appunto particella.
Con la meccanica quantistica si è scoperto che le particelle hanno in realtà un doppio comportamento, infatti si comportano sia come delle masse puntiformi, sia come delle onde. Ecco quindi che compare il concetto di onda. La teoria che si è sviluppata conseguentemente alla meccanica quantistica, ovvero la teoria del campi, che descrive quello che viene chiamato Modello Standard, fa un passo ancora successivo, identificando le onde con dei campi. Quindi le particelle si comportano come delle onde e le onde si comportano come dei campi, e scrivendo le equazioni che descrivono I campi si possono descrivere tutte le particelle conosciute e le forze fondamentali della natura. Con l’eccezione della forza gravitazionale.
La forza elettromagnetica, per esempio, agisce entro un certo campo, detto campo elettromagnetico, che si forma quando è presente una carica elettrica. La “carica gravitazionale” altro non è che una massa, quindi ogni volta che c’è una massa essa genera un campo gravitazionale. All’interno del campo di azione, la forza agisce tramite una particella che “trasporta” la forza. Questa particella si chiama “bosone mediatore” e, per esempio, nel caso della forza elettromagnetica altro non è che il fotone. Si immagina quindi, per analogia, che esista un particella che “trasnporta” la forza gravitazionale, e tale particella, al momento solo predetta, si chiama “gravitone”.
Poiché una teoria quantistica della gravitazione è al momento lontana mille miglia, quello che alcuni grandi esperimenti stanno cercando di fare è rivelare onde gravitazionali classiche, ovvero, non la descrizione quantistica legata alla teoria dei campi. In pratica vogliono costruire un’antenna, come quelle della TV che ricevono onde elettromagnetiche, ma in questo caso per rivelare onde gravitazionali. Studiare queste onde gravitazionali, è in ogni caso estremamente importante anche per l’interpretazione quantistica della gravità, perché la loro comprensione può aiutare a limitare e supportare argomentazioni teoriche sulla descrizione quantistica della gravità.
