La sicurezza asintotica della gravità quantistica è stata proposta da Steven Weinberg nel 1979. Dopo 47 anni, due ricercatori italiani la trasformano per la prima volta in vincoli osservabili sulla ricerca della quinta forza.
Cos'è davvero questa quinta interazione e come la cerchiamo
Una quinta forza fondamentale, oltre alle quattro note (gravità, interazione elettromagnetica, forza nucleare debole e forza nucleare forte), si manifesterebbe come piccola deviazione dalla legge di gravitazione di Newton. La sua descrizione passa da due parametri: intensità e raggio d'azione, cioè quanto è forte e su quale distanza agisce.
Se questa interazione esiste, su scale piccolissime (frazioni di millimetro) o su scale astronomiche la formula di Newton non è più esatta. La traccia sarebbe un'attrazione un po' più forte o un po' più debole del previsto, e proprio per questo da decenni gli esperimenti la cercano con bilance di torsione sulle scale brevi e con la dinamica orbitale dei pianeti su quelle astronomiche. Finora niente: la legge di Newton e la relatività generale di Einstein continuano a superare ogni test.
Lo studio di Alfio Bonanno (Istituto Nazionale di Astrofisica di Catania) ed Emiliano M. Glaviano (dottorando Inaf presso l'Università di Catania), pubblicato su Physical Review Letters, cambia il punto di partenza: non sono più gli esperimenti a restringere lo spazio dei parametri, è la teoria stessa. Alcune combinazioni di intensità e raggio d'azione non sono compatibili con una gravità quantistica matematicamente coerente fino alle alte energie. Vengono scartate prima ancora di entrare in laboratorio.
Quarantasette anni dopo Weinberg, la teoria si fa testabile
La cornice è la sicurezza asintotica, programma teorico formulato dal premio Nobel Steven Weinberg nel 1979 nel volume "General Relativity: An Einstein Centenary Survey". L'idea: la gravità resta predittiva anche ad altissime energie grazie a un regime quantistico in cui l'attrazione gravitazionale smette di crescere e raggiunge un comportamento controllato. Per quasi mezzo secolo questa cornice è rimasta uno scenario matematicamente elegante ma poco collegato alle misure reali.
Bonanno e Glaviano traducono ora quel requisito di coerenza in vincoli numerici sui parametri delle quinte forze, applicando una variante "scalare-tensoriale" della gravità quantistica. Il punto cruciale, come spiega Bonanno nel comunicato Inaf, è che parte della regione esclusa teoricamente non è ancora stata esplorata sperimentalmente. Esiste quindi una zona di parametri in cui la teoria fa una previsione netta (niente nuova forza qui) e in cui gli strumenti attuali non sono ancora arrivati.
La conseguenza operativa: un esperimento futuro che trovasse una deviazione in quella zona falsificherebbe la sicurezza asintotica. È la prima volta che un modello di gravità quantistica passa da scenario speculativo a previsione falsificabile su scale macroscopiche e planetarie, dopo 47 anni di lavoro teorico.
Dove andranno a cercarla: dalle bilance di torsione alla Luna
I prossimi banchi di prova esistono già e producono dati da anni. Le bilance di torsione del gruppo Eöt-Wash dell'Università di Washington hanno spinto i test della legge dell'inverso del quadrato fino a distanze di 0,06 millimetri, senza trovare deviazioni. L'interferometria atomica e i sensori quantistici offrono una sensibilità in continua crescita, sfruttando hardware che ha molto in comune con quello del calcolo quantistico, dove le promesse industriali vanno ancora pesate con prudenza.
Sulle scale planetarie c'è il lunar laser ranging: i retroriflettori depositati sulla Luna a partire dalla missione Apollo 11 del 1969 permettono ancora oggi di misurare la distanza Terra-Luna con precisione di pochi millimetri, ed entrano direttamente nei test della gravità a scala astronomica. La rete continua ad ampliarsi con le nuove missioni private, come quella in cui il lander Blue Ghost ha completato con successo la sua attività sul suolo lunare. Ogni progresso strumentale, da terra e dalla Luna, riduce la zona in cui una quinta forza compatibile con la sicurezza asintotica può ancora nascondersi.
La differenza pratica per i prossimi esperimenti è avere una mappa di cosa cercare e dove, invece di setacciare alla cieca. Sul fronte applicativo, intanto, la stessa logica di tradurre teoria avanzata in test concreti compare anche in molti progetti di ricerca, dall'intelligenza artificiale di Google sull'asfalto autoriparante ai sensori quantistici di nuova generazione. Il prossimo decennio di misure di precisione dirà se nelle combinazioni residue di intensità e raggio d'azione si nasconde davvero qualcosa, oppure se la natura si ferma alle quattro forze già note.