Trascinamenti nella quarta dimensione

Albert Einstein. Autore sconosciuto.

di Umberto Genovese

Metti uno, due (meglio abbondare), quattro giroscopi in orbita. Ora  fai in modo che gli assi dei giroscopi puntino tutti verso una stella lontana lontana, in modo che la parallasse di questa sia più che trascurabile. Poi siediti e aspetta.
Libero da forze esterne, l’asse dei giroscopi dovrebbe continuare a indicare sempre la solita stella lontana lontana, o almeno così ci insegnavano i vecchi professori di fisica ai licei da sempre. Ma se lo spazio si piega sotto il peso di una massa, come sosteneva un omino dagli  improbabili capelli bianchi e baffetti dello stesso colore, allora la direzione dell’asse dei giroscopi dovrebbe subire una  deriva nel tempo.

In pratica è quello che hanno fatto quei giocherelloni di scienziati della NASA insieme a quelli di Stanford con il satellite Space Probe B (la versione A fu lanciata nel 1976 [1]).
I ricercatori hanno voluto misurare l’entità della curvatura dello spazio-tempo e per farlo hanno costruito 4 giroscopi superconduttori il cui componente principale è una pallina delle dimensioni di una da ping pong fatta di quarzo fuso ricoperta di niobio, costruita con una precisione tale da avere uno scarto di apena 40 atomi nel diametro (meno di 10 nm).

Il problema principale era quello di isolare i giroscopi da tutte le possibili interferenze di sia di natura interna che esterna. Questo è stato risolto racchiudendo i giroscopi in una struttura di piombo sotto vuoto spinto chiamata dewar [2] e raffreddata con elio liquido a 1,7° Kelvin (circa -271°C)  [3]. A quella temperatura il piombo diventa un semiconduttore che cortocircuita il campo magnetico terrestre,  isolando così i giroscopi, tantè che all’interno del dewar ogni interferenza magnetica era ridotta a meno di 3 micro Gauss [4] .

Le palline di quarzo fuso e niobio, fondamentali nei giroscopi criogenici . Credit:NASA

 

Il satellite Gravity Probe B fu lanciato nel 2004 in orbita polare ad appena 642 chilometri di quota, appena al di fuori dell’atmosfera per un periodo di volo di 17 mesi, sufficienti per raccogliere abbastanza dati per rilevare come lo spazio-tempo intorno alla Terra fosse curvato esattamente come la Relatività Generale prevede. La stella a cui hanno fatto riferimento gli assi dei giroscopi è IM Pegasi, una stella varabile binaria distante circa 329 anni luce nella costellazione  Pegaso. Questa è stata scelta perché è anche una notevole fonte di microonde, il che ha permesso di essere costantemente seguita dalla rete internazionale di radiotelescopi. Il monitoraggio continuo della stella da Terra  ha permesso di conoscerne la posizione assoluta rispetto ai giroscopi in orbita.

Per finire, dopo cinque anni di analisi dei dati dalla fine della missione, il risultato è che è stata misurata un precessione geodetica [5] di 6.606 più o meno 0,017 secondi d’arco e un effetto di trascinamento del campo [6] di 0,039 più o meno 0,007 secondi d’arco. Superfluo dire che entrambi i valori rilevati sono in preciso accordo con le previsioni della Relatività Generale di Albert Einstein. Ulteriori dettagli e animazioni sono disponibili qui sul sito dell’Università di Stanford.

 

Fonte: http://einstein.stanford.edu/gallery/

Il supervisore del progetto, Francis Everitt – che somiglia tantissimo al buffo ometto di prima –  ha ricordato un suggerimento che una volta gli dette il suo relatore di tesi e Premio Nobel Patrick MS Blackett: “Se non riesci a pensare a cosa fare dopo la fisica, inventa qualche nuova tecnologia, e questa porterà a nuova fisica”.

“Beh,” dice Everitt, “abbiamo inventato 13 nuove tecnologie per il Gravity Probe B. Chissà dove questo ci porterà….”

Fonte: http://einstein.stanford.edu/gallery/

Un’ultima curiosità: il progetto Gravity Probe B è  finanziato dal 1963, sono passati 47 anni prima di avere un risultato.
Ma che risultato: se amate usare il vostro navigatore satellitare, sappiate che la tecnologia che li fa funzionare tiene conto anche degli effetti relativistici rilevati dagli esperimenti come questo…


[1] Il  Gravity Probe A fu condotto nel 1976 dal dottor Robert Vessot della Smithsonian Astrophysical Observatory. L’esperimento Gravity Probe A era costituito da tre orologi atomici al maser di idrogeno, due a terra e il terzo impegnato in un viaggio di due ore su un razzo, confermando la predizione di Einstein dello spostamento verso il rosso delle frequenze del maser in movimento di 1,4 parti su diecimila.
[2] Una spece di thermos con il vuoto tra l’ampolla interna e il contenitore.
[3] Anche il rumore di origine molecolare  è stato così attenuato.
[4] A Pocket of Near Perfection: http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2004/26apr_gpbtech/ .
[5] La  precessione geodetica è la quantità di oscillazioni causate dalla massa statica della Terra (la fossetta nello spazio-tempo).
[6] L’effetto trascinamento è la quantità di oscillazione causata dalla rotazione della Terra (la torsione nello spazio-tempo).

Quarzo fuso
Il quarzo fuso è un vetro particolare ottenuto dalla fusione di cristalli di quarzo estremamente puro. Le proprietà ottiche e termiche di questo vetro  sono superiori a quelli di altri tipi di vetro per la sua purezza, consente una migliore resa nell’ultravioletto e Il suo basso coefficiente di espansione termico lo  rende inoltre un materiale particolarmente adatto per la costruzione di specchi di precisione.

Pubblicato inizialmente su Il Poliedrico: http://www.ilpoliedrico.org/2011/05/trascinamenti-nella-quarta-dimensione.html

Umberto

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