Elettromagnetismo: il test mai realizzato

In passato gli scienziati hanno tentato di risolvere “uno dei più grandi maledetti misteri della fisica” riguardante l’elettromagnetismo. Si tratta di un problema, a dire il vero, imbarazzante e fastidioso.

Noi esseri umani abbiamo ancora una comprensione limitata riguardo ad alcune leggi della natura che i fisici hanno cercato di spiegare per decenni. L’elettromagnetismo ci aiuta a capire come gli atomi e la luce interagiscono, il che spiega tutto, dal perché una persona non cade dal pavimento, oppure perché il cielo è blu.

Michael Murphy di Phys.org ha spiegato: “La nostra teoria dell’elettromagnetismo è probabilmente la migliore teoria fisica che gli esseri umani abbiano mai realizzato, ma non ha una risposta sul perché l’elettromagnetismo sia così forte come lo è”.

La forza dell’elettromagnetismo

Solo gli esperimenti possono dirci la forza dell’elettromagnetismo, che è misurata da un numero chiamato α (detta anche alfa, o la costante di struttura fine). Il fisico americano Richard Feynman, che ha contribuito a elaborare la teoria, ha definito questo “uno dei più grandi dannati misteri della fisica”.

In una ricerca appena pubblicata su Science, gli scienziati hanno deciso di verificare se α è lo stesso in luoghi diversi all’interno della nostra galassia studiando stelle che sono quasi identiche gemelle del nostro sole. Se α è diverso in luoghi diversi, potrebbe aiutarci a trovare la teoria definitiva, non solo dell’elettromagnetismo, ma di tutte le leggi della natura insieme: la “teoria del tutto”.

Una nuova teoria all’orizzonte?

I fisici vogliono davvero una cosa: una situazione in cui la nostra attuale comprensione della fisica si rompe. Una nuova fisica. Un segnale che non può essere spiegato dalle teorie attuali. Un cartello per la teoria del tutto.

Per trovarlo, potrebbero aspettare nel sottosuolo di una miniera d’oro che particelle di materia oscura entrino in collisione con un cristallo speciale. Oppure potrebbero occuparsi attentamente per anni dei migliori orologi atomici del mondo per vedere se indicano un’ora leggermente diversa. Oppure distruggere i protoni insieme a (quasi) la velocità della luce nell’anello di 27 km del Large Hadron Collider.

Siamo ancora molto indietro

Il problema è che è difficile sapere dove cercare. Le nostre teorie attuali non possono guidarci. Certamente, osserviamo nei laboratori sulla Terra, dove è più facile cercare a fondo e con la massima precisione. Ma è un po’ come l’ubriaco che cerca solo le chiavi perse sotto un lampione quando, in realtà, potrebbe averle perse dall’altra parte della strada, da qualche parte in un angolo buio.

Abbiamo deciso di guardare oltre la Terra, oltre il nostro sistema solare, per vedere se le stelle che sono quasi identiche gemelle del nostro sole producono lo stesso arcobaleno di colori. Gli atomi nelle atmosfere delle stelle assorbono parte della luce che lotta verso l’esterno dalle fornaci nucleari nei loro nuclei. Solo alcuni colori vengono assorbiti, lasciando linee scure nell’arcobaleno. Quei colori assorbiti sono determinati da α, quindi misurare le linee scure con molta attenzione ci consente anche di misurare α.

Un test con i gemelli solari

Un team di studenti, ricercatori post-dottorato e senior, presso la Swinburne University of Technology e l’Università del New South Wales, ha misurato la distanza tra coppie di linee di assorbimento nel nostro sole e 16 “gemelli solari”, stelle quasi indistinguibili dal nostro sole. Gli arcobaleni di queste stelle sono stati osservati sul telescopio dell’ESO (European Southern Observatory) di 3,6 metri in Cile.

Sebbene non sia il più grande telescopio del mondo, la luce che raccoglie viene immessa nello spettrografo probabilmente meglio controllato e meglio compreso: HARPS . Questo separa la luce nei suoi colori, rivelando lo schema dettagliato delle linee scure.

HARPS trascorre gran parte del suo tempo osservando stelle simili al sole per cercare pianeti. Facilmente, questo ha fornito un tesoro di dati di cui gli scienziati avevano bisogno. Dallo studio di questi spettri è stato dimostrato che α era lo stesso nei 17 gemelli solari con una precisione sorprendente: appena 50 parti per miliardo. È come confrontare la tua altezza con la circonferenza della Terra. È il test astronomico di α più preciso mai eseguito.

Sfortunatamente, le nuove misurazioni non hanno infranto la teoria classica che gli scienziati prendono come punto di riferimento.