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Gravità e quantistica, un nuovo esperimento dà ragione a Einstein
Un gruppo internazionale guidato dal fisico Ron Folman della Ben-Gurion University del Negev, in Israele, ha sottoposto il principio di equivalenza di Einstein a un test nel regime quantistico. Confrontando due componenti dello stesso atomo, una in caduta libera e l'altra mantenuta immobile, i ricercatori hanno misurato una differenza compatibile con la relatività generale nelle condizioni esplorate.
Il risultato, pubblicato di recente su Science Advances, riguarda l'idea che gravità e accelerazione siano localmente indistinguibili. L'esempio classico è quello dell'ascensore senza finestre: il suo occupante non può stabilire se il pavimento lo stia sostenendo sulla Terra oppure se la cabina stia accelerando nello spazio. Einstein descrisse questa intuizione come il pensiero più felice della propria vita.
Per trasferire l'esperimento nel mondo quantistico, il gruppo ha raffreddato circa 20.000 atomi di rubidio fino a ottenere un condensato di Bose-Einstein. Gli atomi sono stati liberati da una trappola magnetica e manipolati circa 113 micrometri sotto un chip atomico, attraversato da sottili fili d'oro dello spessore di 2 micrometri.
Impulsi radio e a microonde hanno collocato ciascun atomo in una sovrapposizione di due stati magnetici. Una componente è diventata insensibile al campo ed è salita per poi ricadere sotto l'azione della sola gravità; l'altra è rimasta sensibile a una forza magnetica regolata per compensare il proprio peso. Il dispositivo, chiamato Quantum Galileo Interferometer, estende in laboratorio il quadro affrontato anche da un precedente test quantistico nello spazio della teoria di Einstein.
Nel punto più alto della traiettoria, le due componenti erano separate di circa 7,5 micrometri, quasi sette volte la larghezza dell'onda atomica. Riunendole, gli scienziati hanno osservato un'interferenza: la fase quantistica accumulata lungo il percorso in caduta non coincideva perfettamente con quella della componente sospesa.
La teoria prevede che la differenza di fase cresca con il cubo del tempo di caduta: raddoppiando la durata, il segnale dovrebbe quindi aumentare di otto volte. Questa relazione era stata formalizzata nel 1927 da Charles Galton Darwin ed Earle Kennard, ma non era mai stata misurata usando insieme una traiettoria realmente libera e una mantenuta a riposo rispetto alla Terra.
L'esperimento non costituisce una teoria completa della gravità quantistica e non dimostra che relatività generale e meccanica quantistica siano conciliabili in ogni situazione. Indica però che, alla scala e alla precisione raggiunte, il principio di equivalenza continua a descrivere il comportamento della materia anche quando un singolo atomo segue simultaneamente due evoluzioni differenti.
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