L’effetto Mössbauer per rivelare le onde gravitazionali

Utilizzando l’estrema precisione dell’effetto Mössbauer, gli scienziati hanno sviluppato un nuovo metodo per la rilevazione delle onde gravitazionali. Questa tecnica consente la rilevazione e l’analisi accurate della direzione e della polarizzazione delle onde, trasformando potenzialmente gli studi sulle onde gravitazionali.

Rilevazione delle onde gravitazionali tramite effetto Mössbauer

Gli scienziati dell’Istituto di fisica delle alte energie (IHEP) dell’Accademia cinese delle scienze hanno proposto un metodo innovativo per rilevare le onde gravitazionali sfruttando l’effetto Mössbauer, uno dei meccanismi più precisi della scienza moderna.

Le loro scoperte, pubblicate di recente sulla rivista Science Bulletin, evidenziano un nuovo approccio che potrebbe rivoluzionare lo studio delle onde gravitazionali. Analogamente alla sensibilità degli occhi delle rane al movimento, il nuovissimo setup stazionario Mössbauer è particolarmente sintonizzato sui cambiamenti di energia variabili nel tempo causati dalle vibrazioni spazio-temporali e consente la ricostruzione sia della direzione che della polarizzazione delle onde gravitazionali.

L’effetto Mössbauer e le sue applicazioni

L’effetto Mössbauer, che coinvolge l’emissione e l’assorbimento senza rinculo di fotoni di raggi X da parte di nuclei legati in un reticolo, è stata una scoperta fondamentale riconosciuta dal Premio Nobel per la fisica del 1961. Noto per la sua eccezionale precisione, questo effetto è stato utilizzato per la prima volta per testare lo spostamento verso il rosso gravitazionale nel famoso esperimento della torre di Harvard e da allora è stato ampiamente applicato nelle scienze dei materiali e chimiche, nonché nello sviluppo della spettroscopia Mössbauer.

In questa ultima proposta, gli scienziati dell’IHEP hanno esplorato il potenziale di un sistema Mössbauer stazionario, in cui gli spostamenti di frequenza gravitazionale causati dalle variazioni di altezza potrebbero sostituire lo spostamento Doppler tradizionale utilizzato nella spettrometria Mössbauer differenziale. Per isotopi come 109Ag, che possiedono una larghezza di linea relativa estremamente stretta di 10 -22, questo metodo consente la localizzazione spaziale della risonanza Mössbauer con una precisione di 10 micron.

Il Prof. Yu Gao e il Professor Huaqiao Zhang (IHEP), hanno dichiarato: “Ci rendiamo conto che il campo gravitazionale locale è un misuratore superbo per la calibrazione dell’energia quando si tratta di spostamento gravitazionale”. Essi sostengono che l’idea è emersa durante una discussione sulla possibilità che i sistemi nucleari possano sondare lo spostamento di energia dei fotoni all’interno di uno sfondo di onde gravitazionali.

Rilevamento migliorato con l’effetto Mössbauer

Al passaggio delle onde gravitazionali, queste inducono fluttuazioni di energia nei fotoni di Mössbauer. Sotto l’influenza del campo gravitazionale locale, queste portano a spostamenti verticali del punto di risonanza. Secondo i calcoli del team, con una risoluzione spaziale sufficiente, l’impostazione potrebbe raggiungere una notevole sensibilità alle onde gravitazionali.

Il Professore Wei Xu dell’IHEP ha spiegato: “La spettroscopia Mössbauer, con la sua precisione senza pari, è diventata uno strumento inestimabile in vari campi di ricerca. Integrando questo nuovo scenario di rilevamento, puntiamo a portare a compimento questo concetto in un ambiente di laboratorio moderno”.

I moderni rilevatori ad alta energia, con la loro risoluzione spaziale e temporale superiore, consentono il monitoraggio in tempo reale della risonanza Mössbauer. I ricercatori hanno proposto un nuovo layout in cui i rilevatori sono disposti in una configurazione circolare attorno a una sorgente di argento attivata, migliorando la sensibilità non solo alla forza delle onde gravitazionali, ma anche alla loro direzione di propagazione e all’angolo di polarizzazione.