Antigravità, a Oxford si prepara un clamoroso esperimento

Pensate a due biglie pesanti su un tavolo: spi attirano, anche se di pochissimo, perché tutto ciò che ha massa attira tutto il resto: è la gravità, la stessa che ci tiene “incollati” al suolo. Ora immaginate che una delle due biglie possa stare in due punti del tavolo nello stesso istante, come se fosse sdoppiata. Sembra impossibile, e per le biglie lo è davvero, ma per le particelle minuscole succede ogni giorno nei laboratori. Tre ricercatori a Oxford e in Brasile hanno calcolato cosa succederebbe in quel caso: la seconda biglia, in certe condizioni, verrebbe spinta via proprio dalla gravità. Si, state capendo bene: sono i principi teorici di un macchina antigravità.

Il paper l’hanno firmato Pablo Saldanha dell’Università Federale di Minas Gerais, Chiara Marletto e Vlatko Vedral dell’Università di Oxford, e l’hanno depositato su arXiv a febbraio. Vedral ne ha appena scritto una versione divulgativa su Popular Mechanics, e per chi segue queste cose è il segnale che il gruppo crede di avere qualcosa di molto, molto robusto fra le mani.

La gravità, signori: la più strana delle quattro forze

Le forze fondamentali della natura, ci dicono i libri, sono quattro: la gravità, l’elettromagnetismo e le due forze nucleari (forte e debole). La gravità ha due peculiarità rispetto alle altre. La prima: è di gran lunga la più debole. Se non ci credete, provate a sollevare una graffetta con una calamita da frigorifero. La calamita, piccola com’è, vince contro l’attrazione gravitazionale di un intero pianeta. La seconda peculiarità è che la gravità è sempre attrattiva, mai repulsiva. Tira e basta. Per questo ci tiene sulla Terra, tiene la Terra intorno al Sole, e così via fino alle galassie.

Le altre tre forze, invece, le abbiamo già “quantizzate” da decenni: sappiamo descriverle come scambio di particelle, con tutto il bagaglio strano della meccanica quantistica.

La gravità no. La nostra migliore teoria gravitazionale è ancora la relatività generale di Einstein, vecchia di oltre cent’anni, e nessuno è ancora riuscito a unirla con la quantistica in un unico quadro coerente. È il problema aperto più grosso della fisica contemporanea, ed è esattamente lì che si infila il paper di Saldanha, Marletto e Vedral.

Come funziona la macchina antigravità (o almeno questo ho capito io)

Torniamo alle due biglie, ma una la chiamiamo “sorgente” e l’altra “sonda“. Ci siamo? La sorgente viene messa in una sovrapposizione quantistica, cioè (riassumendo) in uno stato dove è simultaneamente in due posizioni diverse: una più vicina alla sonda, una più lontana. Nella posizione vicina, l’attrazione gravitazionale sulla sonda è più forte; nella posizione lontana, più debole. In entrambi i casi, però, è attrazione.

La sorpresa arriva tutta nel finale dell’esperimento. Ogni esperimento quantistico ha tre fasi: prepari uno stato sdoppiato, lo lasci evolvere, poi misuri. La misura ha più esiti possibili. Saldanha e colleghi mostrano che, prendendo solo uno specifico esito di misura e scartando gli altri, l’effetto netto sulla sonda risulta repulsivo. Si chiama post-selezione: in poche parole, butti via le partite in cui la gravità si è comportata come al solito, e tieni quelle in cui ha fatto la mossa rara. Su quelle, e solo su quelle, la sonda viene spinta via.

“Ma allora stai barando”, verrebbe da dire. In parte sì, e gli autori lo ammettono apertamente: in media, mediando su tutti gli esiti, la gravità resta attrattiva come da Newton in giù. Il punto è un altro, e qui sta il succo del lavoro: in un mondo dove la gravità fosse classica, una repulsione gravitazionale fra due masse non potrebbe emergere nemmeno con la post-selezione più creativa.

Se l’esperimento funziona, è la prova che la gravità ha una natura quantistica.

Nove anni dopo l’esperimento BMV, gli stessi autori alzano la posta

A questo punto vi debbo un passo indietro. Nel 2017 Marletto e Vedral, sempre su Nature, avevano proposto un esperimento più semplice per testare la quantistica della gravità. Lo chiamarono BMV, dalle iniziali dei tre proponenti (il primo è Sougato Bose, dell’University College London, che lo propose indipendentemente).

L’idea: prendi due masse, le metti entrambe in sovrapposizione, le lasci interagire solo via gravità e guardi se diventano “agganciate” l’una all’altra, in gergo entangled. Se sì, la gravità è quantistica.

Sono passati nove anni e l’esperimento BMV non è ancora stato eseguito in modo conclusivo. Le masse in gioco devono essere piccolissime ma non troppo, la sensibilità richiesta è al limite di quanto si sa fare, il rumore termico va azzerato. I gruppi che ci provano si contano sulle dita di una mano. Ed è proprio mentre il BMV resta in cantiere che gli stessi Marletto e Vedral, con Saldanha, rilanciano con qualcosa di più ambizioso: non solo la prova che la gravità è quantistica, ma una macchina che ne sfrutta gli effetti per ottenere repulsione. Vedral nel suo pezzo dice di puntare ai primi anni 2030 per i risultati, e di collaborare con un gruppo italiano (Marco Genovese, Fabrizio Piacentini ed Ettore Bernardi dell’INRiM di Torino) per arrivarci primo. Sei anni di promesse aggiuntive, sopra i nove già spesi. La fisica fondamentale ha tempi geologici, e qui se ne stanno accumulando.

Cosa cambierebbe se funzionasse

Mettiamo, per un attimo, che a Torino o altrove l’esperimento riesca. La prima conseguenza è teorica: avremmo finalmente un indizio sperimentale forte sulla natura quantistica della gravità, e cent’anni di tentativi di unire Einstein con i quanti smetterebbero di muoversi al buio. Vedral, nel suo pezzo, butta lì un’altra ipotesi: i buchi neri, che immagazzinano informazione meglio di qualsiasi altro oggetto noto nell’universo, potrebbero un giorno essere usati come computer quantistici definitivi. È fantascienza, lui stesso lo riconosce, ma fantascienza con una base teorica.

La parte concreta, invece, è meno spettacolare. La macchina antigravità di Saldanha, Marletto e Vedral non solleva navi, non fa volare auto, non sostituisce i razzi. L’effetto repulsivo è minuscolo, su masse minuscole, e c’è solo dopo che hai buttato via la maggior parte dei dati. Un dispositivo da laboratorio, non da garage. Per intenderci: il sogno antigravitazionale del Novecento, quello che fa ridere ancora oggi quando lo nominano, qui non c’entra.

Quello dipendeva da una gravità “negativa” che la relatività vieta esplicitamente, e infatti dopo sessant’anni di ricerche più o meno ufficiali (anche dal lato istituzionale, come ricordano le discussioni NASA-DARPA-MIT del 2021) non si è mai trovato nulla.

Resta il fatto che, sulla carta, una macchina antigravità compatibile con la relatività adesso esiste. È un foglio depositato su un server di preprint, ed è già molto più di quanto avessimo prima di febbraio. Se in un decennio qualcuno la fa funzionare davvero, ne riparleremo. Se invece nel 2036 saremo ancora qui ad aspettare, beh, sarà la prova che la natura della gravità è davvero il problema più ostinato che abbiamo.

Nel frattempo, la prossima volta che lasciate cadere una chiave per terra, c’è una probabilità (minuscola, ma non più esattamente zero) che la chiave faccia il contrario.

Quanto vorreste essere lì, in quell’istante?