I buchi neri gettano nuova luce sul mistero della gravità quantistica
Formati dalle rovine di una stella molto massiccia collassata, i buchi neri sono oggetti astrofisici caratterizzati da campi gravitazionali estremamente forti. Per riuscire a descriverli, i fisici devono utilizzare sia la teoria della relatività generale che i principi della meccanica quantistica. «Ciascuno di questi campi è ben consolidato dagli esperimenti svolti in materia e costituisce la base della fisica moderna, ma combinarli in un’unica teoria coerente della gravità quantistica si è rivelato molto difficile, mettendo a dura prova i fisici da oltre mezzo secolo», spiega Sameer Murthy, professore di fisica teorica e matematica presso il King’s College London. Con il sostegno del progetto QBH, finanziato dall’UE, Murthy sta guidando uno sforzo per affrontare questa sfida.
Comprendere la natura discreta dei buchi neri quantistici
Utilizzando i buchi neri come laboratorio teorico, il progetto, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca (CER), si proponeva di rispondere a due domande. «In primo luogo, volevamo capire in che modo la gravità quantistica differisce quantitativamente dalla relatività generale classica», spiega Murthy. «In secondo luogo, volevamo esplorare la possibilità di costruire modelli analiticamente calcolabili di gravità quantistica microscopica.» Un risultato fondamentale di questo lavoro è stata la creazione del primo prototipo di buco nero quantistico che consente ai ricercatori di ottenere la dimensione intera dello spazio di Hilbert sottostante intrinsecamente nelle variabili gravitazionali. «La nostra ricerca mostra come la natura discreta dei buchi neri quantistici emerga dalle interazioni collettive del sistema quantistico-statistico sottostante», aggiunge Murthy. Il progetto è riuscito anche a trovare modelli espliciti e controllabili di gravità quantistica che aiutano a spiegare l’emergere di fasi collettive e le loro transizioni.
Rispondere a domande di vecchia data
Al termine del progetto, i ricercatori avevano realizzato esattamente ciò che si erano prefissati: avevano confermato che era possibile ottenere un eccellente controllo sul calcolo quantistico-gravitazionale per estrarre numeri interi discreti da una teoria del continuo. In modo alquanto inaspettato, sono anche riusciti a spiegare l’entropia microscopica dei buchi neri supersimmetrici in termini di teoria di gauge duale, un problema che, secondo Murthy, ha messo in difficoltà il settore negli ultimi 15 anni. «Le nostre scoperte hanno originato un’intensa attività su questo argomento, che ha essenzialmente eliminato il problema più vecchio, ha portato a un’immagine nitida dei buchi neri come stati quantistici della teoria di Yang-Mills e ha previsto nuove fasi della gravità quantistica!», osserva. Murthy sta rivolgendo la sua attenzione al consolidamento dei risultati del progetto QBH e alla loro analisi nel contesto di un «quadro generale». «Ritengo che l’insieme dei risultati ottenuti da questo progetto abbia ampliato, seppur di poco, i confini di ciò che conosciamo in un certo angolo della fisica matematica», dichiara. Ora vorrebbe fare un passo indietro e chiedere: qual è la vera natura di questo progresso, dopo aver strappato via la storia di come ci siamo arrivati? «È un buon momento per una riflessione tranquilla, o per discussioni stimolanti con i colleghi», conclude.
Parole chiave
QBH, fisica, buchi neri, gravità quantistica, fisici, teoria della relatività generale, meccanica quantistica
