Fisica, misurata con elevata precisione la costante di Newton

Misurare con elevata precisione la costante di Newton (G). E’ il risultato raggiunto dall’esperimento MAGIA realizzato da un gruppo di scienziati diretto da Guglielmo Tino, ordinario di Fisica della materia presso l’Ateneo fiorentino, del quale fanno parte alcuni studiosi del Laboratorio Europeo di Spettroscopia non Lineare (LENS), centro di eccellenza dell’UniFi, e dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). La ricerca, oggetto di una recente pubblicazione sulla rivista scientifica Nature, presenta forti elementi di novità rispetto a indagini del passato. Anzitutto la tecnica che è basata su interferometria quantistica (la maggior parte degli esperimenti svolti finora ricorreva al pendolo o bilancia di torsione) e poi il tipo di sonda, una "fontana" di atomi di rubidio (⁸⁷Rb), raffreddati e lanciati verticalmente in un ambiente vuoto, invece delle masse macroscopiche.

“Abbiamo osservato che una massa di 500 chilogrammi di tungsteno, posta a una distanza di alcuni centimetri dagli atomi, genera una variazione dell'accelerazione degli atomi circa dieci milioni di volte più piccola dell’accelerazione di gravità terrestre g – spiega Guglielmo Tino -  Nonostante l’effetto sia minimo, l’interferometro atomico ha rivelato l'effetto sulle particelle in funzione della posizione delle masse. Da questa misura si è potuti risalire al valore di G”.

“L'effetto osservato si può spiegare trattando gli atomi come se fossero onde luminose – aggiunge Guglielmo Tino – Queste onde di materia si dividono in più parti, che si propagano separatamente e vengono riflesse e ricombinate, dando luogo a delle “figure” di interferenza atomica”. Il processo può avvenire solo in certe condizioni “se si rallentano gli atomi da una velocità di alcuni chilometri al secondo, tipica di un gas a temperatura ambiente, fino a pochi millimetri al secondo, corrispondenti a temperature bassissime, di qualche miliardesimo di grado Kelvin – prosegue Tino - tramite la luce laser gli atomi possono essere raffreddati e  ‘intrappolati’, mantenendoli a velocità così ridotte, come hanno dimostrato recenti risultati premiati dal Nobel”.

La misura di G, la costante gravitazionale di Newton, è ancora oggi dopo più di duecento anni dal primo esperimento di Cavendish nel 1798 una delle maggiori sfide della fisica sperimentale. Circa 300 esperimenti hanno cercato di determinarne con precisione il valore ma i risultati di diversi esperimenti sono inconsistenti tra di loro. In generale gli esperimenti sulla gravità sono molto difficili perché l'interazione gravitazionale è estremamente debole e inoltre non può essere schermata: non possono cioè essere eliminate le perturbazioni provocate dai corpi vicini agli strumenti di misura.

E' interessare notare che in quest'anno in cui ricorrono 450 anni dalla nascita di Galileo, la misura di G è stata realizzata a Firenze lasciando cadere gli atomi nel vuoto in maniera analoga a quanto descritto da Galileo Galilei per mostrare che oggetti diversi lanciati dalla torre di Pisa cadono allo stesso modo. (rp)