Le onde gravitazionali sono una perturbazione dello spaziotempo con carattere ondulatorio e furono previste dalla teoria della relatività generale di Einstein nel 1916. Negli ultimi anni sono stati costruiti molti interferometri, strumenti realizzati per rilevare onde gravitazionali. Le prime sono state registrate nel settembre 2015, anche se la dichiarazione ufficiale è arrivata nel febbraio 2016. Un nuovo segnale è stato captato nel giugno 2017 e per questo abbiamo deciso di intervistare il dottor Giovanni Cerretari, fisico che sta eseguendo un dottorato presso l’interferometro di Pisa.

Dove lavora?

Io lavoro nel gruppo di Pisa dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare VIRGO.

Ha seguito personalmente sia l’anno scorso che quest’anno la rilevazione delle onde gravitazionali?

Questa domanda ha bisogno di una risposta particolare. Ti devo infatti rispondere sì e no. Non ho seguito personalmente le misurazioni fatte insieme all’analisi dei dati, perché io sono nel gruppo che si occupa in maggioranza della parte sperimentale delle prospettive degli specchi. Diciamo che ho contribuito in maniera diversa.

Cosa sono le onde gravitazionali?

Si può capire bene cosa sono le onde gravitazionali analizzando le equazioni di Maxwell che definiscono come si comporta il campo elettrico con quello magnetico. Le onde gravitazionali mentre si propagano moltiplicano uno stesso spazio di propagazione, mentre le onde elettro-magnetiche hanno uno spazio che è piano quindi non si propagano. Analoghe alle equazioni di Maxwell possono essere le quattro equazioni di Einstein: esse sono molto simili, anche se più difficili da risolvere. Einstein aveva infatti immaginato che un oggetto avrebbe potuto deformare lo spazio circostante come una massa deforma un piano elastico col suo peso. Ora, immaginiamo due masse che ruotano una attorno all’altra, possiamo intuire che producano delle onde sul piano elastico e che queste ultime si propaghino anche lontano dalle masse stesse, un po’ come un sasso che cade nell’acqua; queste perturbazioni non sono altro che le onde gravitazionali.

Qual è stata la differenza tra questo evento registrato ad agosto, e quello che invece era stato registrato un anno e mezzo fa? E come è stato possibile arrivare a ricostruire qual è stata l’origine di queste onde?

La risposta è molto facile: la cosmologia da anni sa che devono esistere buchi neri e delle stelle di neutroni. Chi ha costruito i primi esperimenti per le onde gravitazionali, la prima volta si aspettava di vedere stelle di neutroni, ma negli ultimi 20 anni grazie alle simulazioni numeriche sono stati rilevati due tipi di segnale completamente diversi tra loro. Ovviamente rilevare questo tipo di onde non è facile, ma può essere fatto grazie agli interferometri laser. Quando un’onda gravitazionale attraversa l’interferometro, produce una variazione nella lunghezza dei due bracci; infatti uno si allunga mentre l’altro si accorcia. Queste variazioni di lunghezza producono uno sfasamento della luce laser che viene osservato dal rivelatore. Da quanto è lungo il segnale si riesce a capire se le onde sono state generate da buchi neri o da stelle di neutroni. Sotto 4 masse solari sono tutte stelle di neutroni. Le stele di neutroni sono un po’ più leggere e quindi il segnale rilevato dura più a lungo. Più piccola è la massa e più piccolo è il segnale che riceviamo e viceversa.

I risultati sperimentali che avete ottenuto sono stati abbastanza fedeli alle stime teoriche che erano state fatte in precedenza?

Sì, al cento per cento, l’unica cosa che non era prevista è che avrebbe visto più segnale dei buchi neri che delle stelle di neutroni. Però anche delle stelle di neutroni, i raggi gamma e la formazione di elementi pesanti, erano cose abbastanza attese. Inoltre noi sappiamo che esistono stelle di neutroni, ma nessuno ha idea di come siano fatti.

Questi risultati sono stati di specifici team di ricerca, ma hanno coinvolto tantissimi fisici sia teorici che sperimentali in tutto il mondo, giusto?

Giusto, in parte. La scoperta è relativa a Virgo, mentre l’osservazione della cosmologia è relativa a molti team. Le onde gravitazionali hanno una storia di circa 100 anni, previste in passato da Einstein.

Com’è correlato questo evento con la formazione di elementi pesanti?

Se tu hai una stella di neutroni, ti immagini una “palla” piena di neutroni. I neutroni come sappiamo, diventano neutroni o protonitenuti insieme da forze che impediscono loro il collasso. Quando c’è questo grosso scontro i neutroni si scatena una kilonova caratterizzata da reazioni nucleari estreme che, a miliardi di gradi di combustione, creano i metalli pesanti come platino e oro.

Per la sua esperienza, ripensando alla fisica fatta al liceo, le è parsa adeguata o eventualmente cosa farebbe di più o di diverso?

Una cosa che secondo me è verissima è che diamo veramente poco spazio alla fisica moderna; almeno io, che ho fatto il liceo scientifico, non ho mai trattato fisica moderna. Nessuno ti spiega cos’è la meccanica quantistica al liceo, nessuno ti spiega qual è il modello standard delle particelle o la relatività generale. Questo è un po’ un peccato perché è vero che ci sono alcune cose complicate, però si devono trattare in modo semplice per farle diventare la normalità. La relatività generale è una cosa che si potrebbe approcciare al liceo. Non è una cosa astratta; il gps funziona grazie alla relatività generale, almeno nei concetti base ogni liceale dovrebbe saperla.

Leonardo Altimari e Francesca Monfardini

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