Nel contesto della meccanica quantistica, il vuoto non è realmente tale ma si può dire che è "popolato" da particelle e antiparticelle che si creano e annichilano costantemente, generando incessanti fluttuazioni energetiche dette, per l'appunto, "del vuoto". Secondo la relatività generale di Einstein, l’energia è equivalente alla massa, secondo la famosa equazione E = mc². Ogni forma di energia, compresa quella quantistica del vuoto, dovrebbe esercitare una forza gravitazionale. Tuttavia, il peso di questa energia non è ancora stato misurato sperimentalmente. Archimedes cerca di rilevare proprio questo con una bilancia ultrasensibile che deve operare in condizioni di assoluto silenzio sismico e antropico, caratteristiche per cui Sos Enattos si rivela un sito ideale.
In relatività generale, l’energia è equivalente alla massa, secondo la nota equazione E = mc²: questo significa che ogni forma di energia “classica” esercita una forza gravitazionale e ha un peso, generalmente molto piccolo. Per quanto riguarda l’energia del vuoto, che è una forma di energia quantistica, non è chiaro se e quanto essa abbia un peso misurabile. Nel tentativo di rilevarlo, Archimedes deve operare in condizioni di assoluto silenzio sismico e antropico proprio a Sos Enattos. Quest'ultimo, grazie alle sue caratteristiche geologiche uniche in Europa, e si potrebbe dire nel mondo intero, si presenta come un luogo ideale per esperimenti di questo tipo.
Come funziona la bilancia Archimedes?
La bilancia ultrasensibile di Archimedes è composta da due bracci sospesi: uno inferiore, lungo circa un metro e quaranta centimetri, altamente reattivo ai cambiamenti di peso grazie al suo ridotto momento di inerzia, e uno superiore, con un momento di inerzia più elevato, quindi meno sensibile alle piccole oscillazioni, che funge da tiltmetro di riferimento per misurare l'inclinazione. Nelle recenti installazioni, sono state montate sospensioni al braccio inferiore e sono stati agganciati campioni di prova per verificare la risposta dell’apparato. Quando il braccio inferiore rileva una variazione di peso, oscilla rispetto al braccio superiore, permettendo di misurare con precisione le differenze di inclinazione e quindi i cambiamenti di peso.
L’apparato sperimentale è stato assemblato nel tempo, con l’ultimo aggiornamento effettuato poco tempo fa, nelle prime settimane di luglio. In autunno, sarà aggiunto un sistema di modulazione termica per riscaldare uno dei campioni e valutare se l’aumento di temperatura provoca un incremento del peso. Questo esperimento, volto a rilevare il "peso del calore", punta a dimostrare sperimentalmente un effetto previsto dalla relatività generale ma mai confermato, a quasi cento anni dalla teoria.
Chi sta collaborando a questi esperimenti?
Il design innovativo della bilancia è stato studiato per ridurre l'influenza di disturbi sismici e ambientali. Sos Enattos, con la sua bassissima attività sismica, offre un contesto ideale per esperimenti di questo tipo. Come spiega Luciano Errico, ricercatore dell'Università Federico II di Napoli coinvolto nell’esperimento: «Questo tipo di misura del peso diventa così indipendente dalle oscillazioni del terreno. Inoltre, ci troviamo a Sos Enattos, dove l’attività sismica è ridotta. Adottando un doppio braccio siamo ulteriormente isolati dalle vibrazioni sismiche».
I risultati di Archimedes si rivelano utili anche per il progetto Einstein Telescope, poiché il monitoraggio delle oscillazioni del terreno è cruciale per il successo dell’osservatorio, che opererebbe nello stesso contesto geofisico. L’esperimento Archimedes è coordinato da Enrico Calloni, professore ordinario presso l’Università Federico II di Napoli e associato all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Il progetto è guidato dall'INFN e realizzato in collaborazione con le Università di Sassari, Napoli e Roma Sapienza, lo European Gravitational Observatory (EGO), l’Istituto Nazionale di Ottica del CNR (CNR-INO) e il Centro di fisica teorica dell’Università di Marsiglia.
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