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Come i fogli superconduttori potrebbero riflettere le onde gravitazionali
Le onde gravitazionali sono le sfuggenti distorsioni nello spaziotempo create dagli eventi più violenti dell'universo: collisioni tra buchi neri, stelle che esplodono e persino il big bang stesso.
Nessuno ha registrato un avvistamento confermato di queste onde, ma ciò potrebbe cambiare grazie a un'idea intrigante di Raymond Chiao e amici dell'Università della California, Merced. Propongono l'esistenza di un nuovo tipo di specchio che riflette le onde gravitazionali e potrebbe persino convertirle in onde elettromagnetiche.
Prima un po' di sfondo. I fisici teorici hanno da tempo notato che in determinate circostanze le equazioni della relatività generale di Einstein, che predicono l'esistenza delle onde gravitazionali, hanno una notevole somiglianza con le equazioni di Maxwell che descrivono il comportamento della radiazione elettromagnetica. Questo è un indizio importante per capire come si comportano le onde gravitazionali, dice Chiao.
Indica il caso specifico in cui un sottile film superconduttore riflette le onde em. Se funziona per le onde em, allora la matematica indica che deve funzionare anche per le onde gravitazionali.
Ecco il pensiero. Un'onda gravitazionale si estende e comprime lo spazio mentre si muove attraverso l'universo. Qualsiasi oggetto sulla sua strada apparirà schiacciato e allungato allo stesso modo, le particelle all'interno di questo oggetto si muoveranno con lo spazio distorto in una traiettoria specifica (chiamata movimento geodetico).
La nuova idea nasce considerando cosa succede a un foglio superconduttore quando passa un'onda gravitazionale. Le coppie di Cooper all'interno del foglio sono oggetti quantistici governati dal principio di indeterminazione e quindi non possono avere una traiettoria specifica: sono interamente delocalizzate. Gli ioni che compongono la struttura cristallina del superconduttore non sono invece delocalizzati e quindi possono muoversi lungo una traiettoria geodetica al passaggio di un'onda gravitazionale.
Questa è la base su cui un'onda gravitazionale può interagire con un foglio superconduttore. La delocalizzazione quantistica fa sì che le coppie Cooper di un superconduttore subiscano un movimento non geodetico relativo al movimento geodetico del suo reticolo ionico, afferma Chiao e compagni.
Ipotizzano che questa differenza di movimento fa sì che il foglio assorba energia dall'onda gravitazionale e poi la riirradi come un'onda gravitazionale che viaggia nella direzione opposta, in altre parole riflessione speculare.
Questa è un'affermazione straordinaria che necessita di ulteriori indagini, non ultimo perché c'è una discreta quantità di disaccordo sul collegamento GR-Maxwell in primo luogo.
Tuttavia, Chiao e co vanno ancora oltre concludendo il loro articolo con questo:
Ciò implica che due sfere superconduttrici cariche e levitate in equilibrio meccanico statico, in modo tale che la loro repulsione coulombiana bilancia la loro attrazione newtoniana, dovrebbero essere un trasduttore efficiente per convertire le onde EM in onde GR e viceversa. Un esperimento di tipo Hertz in cui un trasmettitore e un ricevitore di microonde GR sono costruiti utilizzando due di questi trasduttori dovrebbe quindi essere pratico da eseguire.
Quindi una coppia di sfere levitanti e superconduttrici fungerebbe da antenna per le onde gravitazionali e le convertirebbe in onde elettromagnetiche.
Perché aspettare LIGO? Qual è la scommessa che le sfere superconduttrici possono effettuare il rilevamento per prime?
Rif: arxiv.org/abs/0903.0661: Esistono specchi per onde gravitazionali?