Le onde gravitazionali lasciano tracce nei sistemi quantistici

Patrick Bardelli

18.4.2026

Traduzione: tradotto automaticamente

Le vibrazioni nello spazio-tempo non si notano solo negli enormi rilevatori di onde gravitazionali. A quanto pare influenzano anche i campi quantistici.

Quando due buchi neri si fondono a diversi anni luce di distanza, la collisione degli oggetti massicci scuote lo spazio-tempo. Queste onde sono percepibili sulla Terra nei bracci chilometrici dei rilevatori di onde gravitazionali di alta precisione LIGO e VIRGO . Ma forse non solo: Gli esperti guidati dal fisico Jerzy Paczos dell'Università di Stoccolmain un articolo pubblicato su «Physical Review Letters», i segnali cosmici potrebbero lasciare tracce anche nelle dimensioni più piccole, ovvero nei campi quantistici.

L'interazione tra quanti e gravità è difficile da indagare. Nelle aree in cui si applicano le regole della fisica quantistica, la gravità è appena percettibile. Al contrario, la fisica quantistica di solito gioca un ruolo secondario solo in oggetti massicci e di grandi dimensioni.

Per oltre 100 anni, gli esperti hanno cercato senza successo una teoria unificata che comprendesse entrambi i pilastri della fisica. Per avvicinarsi a questa teoria della gravità quantistica, considerano i campi quantistici nello spazio-tempo curvo. In questo modo, è almeno possibile studiare come un campo gravitazionale influenzi i sistemi quantistici, mentre l'effetto inverso viene ignorato.

Paczos e i suoi collaboratori sono stati in grado di studiare la gravità quantistica.

Paczos e il suo team hanno calcolato come il passaggio delle onde gravitazionali influenza un sistema quantistico. Per fare ciò, hanno modellato un singolo atomo che passa da uno stato eccitato a uno stato fondamentale. In questa cosiddetta emissione spontanea, l'atomo emette l'energia in eccesso sotto forma di fotone.

Secondo i calcoli, l'onda dello spaziotempo si nota nello spettro della luce emessa. Il cambiamento periodico dello spaziotempo agisce come un motore esterno sul processo di emissione. Di conseguenza, l'energia del fotone non dipende più solo dall'energia di transizione atomica, ma anche dall'angolo di emissione rispetto alla direzione di propagazione dell'onda gravitazionale. Inoltre, il suo caratteristico schema a forma di quadrupolo si riflette nell'emissione: perpendicolarmente alla propagazione dell'onda gravitazionale, ci sono direzioni in cui lo spostamento di frequenza è più forte o più debole. L'andamento potrebbe aiutare a distinguere questo effetto da altre perturbazioni esterne.

Il numero totale di fotoni emessi non dovrebbe cambiare. Ciò significa che l'onda gravitazionale non influenza lo stato dell'atomo, ma piuttosto il campo quantistico dell'intero sistema. Questo a sua volta codifica le informazioni nello spettro di emissione. Ciò significa che non è il singolo atomo a rilevare l'onda gravitazionale, ma il campo quantistico nel suo insieme.

Paczos e il suo team spiegano nel loro lavoro che l'effetto potrebbe essere dimostrato già oggi in esperimenti con atomi ultrafreddi. Ciò richiederebbe il raffreddamento di milioni di atomi e la loro misurazione. Questo è già stato fatto in passato. Ciò consentirebbe di studiare l'interazione tra campi quantistici e spazio-tempo curvo direttamente in laboratorio.

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Patrick Bardelli

Senior Editor

Patrick.Bardelli@digitecgalaxus.ch

Da giornalista radiofonico a tester di prodotti e storyteller. Da corridore appassionato a novellino di gravel bike e cultore del fitness con bilancieri e manubri. Chissà dove mi porterà il prossimo viaggio.

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