{"id":9442,"date":"2021-01-07T23:10:48","date_gmt":"2021-01-07T22:10:48","guid":{"rendered":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=9442"},"modified":"2021-01-07T23:10:49","modified_gmt":"2021-01-07T22:10:49","slug":"alpha-precisa-come-non-mai-11-cifre-significative","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=9442","title":{"rendered":"Alpha precisa come non mai: 11 cifre significative"},"content":{"rendered":"\n

Un nuovo setup sperimentale messo in piedi presso i laboratori della Sorbona ha consentito una stima della costante di struttura fine \u2013 una delle costanti fondamentali e pi\u00f9 misteriose della fisica \u2013 senza precedenti. La nuova misura, precisa fino a 81 parti per mille miliardi, sarebbe in accordo con le previsioni teoriche del modello standard e confermerebbe la natura di particella elementare dell\u2019elettrone \u2013 il suo essere, cio\u00e8, privo di sottostruttura alcuna<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u201cUn numero scritto dalla mano di Dio<\/em>, che ogni fisico dovrebbe incorniciare e sul quale dovrebbe meditare un po\u2019 ogni giorno\u201d. Cos\u00ec Richard Feynman<\/strong> parla della costante di struttura fine<\/strong><\/a> alpha<\/em> \u2013certamente nella top ten delle costanti della fisica \u2013 e certamente il peggior rompicapo per i fisici delle leggi fondamentali. La provenienza esatta di questa costante \u2013 che si esprime come il rapporto fra la carica dell\u2019elettrone al quadrato, al numeratore, e la costante di Planck<\/strong><\/a> moltiplicata per la velocit\u00e0 della luce<\/strong><\/a> al denominatore \u2013 rimane tutt\u2019ora un mistero, ma a tormentare maggiormente le grandi menti del Novecento e di oggi \u00e8 il suo valore \u2013 o meglio, il suo inverso: 137. Tanto che il fisico Pauli<\/strong> dichiar\u00f2 che se Dio gli avesse concesso di chiedergli qualunque cosa desiderasse, la domanda in cima alla lista sarebbe stata: \u201cPerch\u00e9 137?\u201d. Non trov\u00f2 mai risposta, e la sorte fu tanto ironica nei suoi confronti da vederlo trascorrere i suoi ultimi attimi in una stanza di ospedale, la numero 137.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
La costante di struttura fine<\/strong>, o costante di Sommerfeld, \u00e8 la costante di accoppiamento dell\u2019interazione elettromagnetica<\/strong>, che ne esprime l\u2019intensit\u00e0 relativamente alla carica elementare. Il suo valore \u00e8 pari a circa 1\/137<\/strong>. Per la precisione: 1\/137.035999206<\/strong><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Ma torniamo al numero \u2013 perch\u00e9 di questo si tratta, dato che alpha<\/em> \u00e8 un numero puro, senza dimensioni. 1\/137 non \u00e8 altro che un\u2019approssimazione, che per\u00f2 non basta, dato il profondissimo legame fra questa costante e la fisica fondamentale. La costante di struttura fine, o costante di Sommerfield<\/strong>, rappresenta la forza elettromagnetica \u2013 una delle quattro forze fondamentali e, per la precisione, stabilisce la forza dell\u2019interazione elettromagnetica fra la luce e le particelle elementari cariche<\/em> \u2013, entra nel calcolo del raggio delle orbite degli elettroni<\/em> \u00a0\u2013 determinando, ad esempio, la dimensione stessa degli atomi<\/em> \u2013 e in particolare nel calcolo della separazione dei livelli della struttura fine \u2013 la suddivisione di tutte le righe spettrali di un atomo<\/em>, la loro impronta digitale. Il suo valore ha implicazioni importanti sulla veridicit\u00e0 del modello standard<\/em> e su questioni fondamentali come la natura stessa degli elettroni o della materia ed energia oscura<\/em>. Valori diversi della costante alpha<\/em> risulterebbero in leggi fisiche molto diverse e, a livello tangibile, in una realt\u00e0 totalmente altra da quella che conosciamo. \u00c8 per questo che fisici sperimentali di tutto il mondo cercano, con enormi sforzi e progressi tecnici e tecnologici, di mettere un punto fermo sul suo valore.<\/p>\n\n\n\n

Sono ben undici<\/strong> le cifre significative<\/strong> raggiunte oggi nella determinazione della costante di struttura fine, un livello di precisione \u2013 81 parti per mille miliardi \u2013 ben 2.5 volte maggiore delle migliori stime precedenti<\/em> e in accordo con le predizioni teoriche basate sull\u2019anomalia del momento magnetico dell\u2019elettrone<\/em>. La misura \u00e8 stata effettuata da un gruppo di scienziati francesi che ha utilizzato tecniche e facilities messe a punto nel Laboratoire Kastler Brossel<\/em> (Lkb<\/strong><\/a>) dell\u2019universit\u00e0 Sorbona di Parigi<\/em> e il risultato \u00e8 stato pubblicato il 2 dicembre 2020 su Nature<\/em><\/strong><\/a>. Il numero completo riportato nell\u2019articolo \u00e8 1\/137.035999206<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

Il concetto sperimentale che ha portato alla nuova misura non \u00e8 nulla di nuovo e \u2013 a spiegarlo cos\u00ec, a parole \u2013 nemmeno estremamente complicato: si basa su una catena di relazioni sperimentali e teoriche \u2013 note o misurate \u2013 fra particelle elementari e atomi.<\/em> L\u2019esperimento<\/strong> inizia irradiando con un laser un atomo di rubidio \u2013 a temperature prossime allo zero assoluto,<\/em> mentre le stime precedenti erano state effettuate su atomi di cesio \u2013 e sfrutta il rinculo dell\u2019atomo causato dalla radiazione<\/em> stessa e la cui energia cinetica \u00e8 proporzionale alla massa. Dalla misura sperimentale della massa del rubidio gli scienziati hanno poi ricavato \u2013 conoscendo con esattezza il rapporto fra le due \u2013 la massa dell\u2019elettrone<\/em>. Infine, misure spettroscopiche precisissime dell\u2019energia di legame dell\u2019atomo di idrogeno<\/em> \u2013 che possiede un solo elettrone \u2013 vengono utilizzate in combinazione con la massa dell\u2019elettrone misurata per ricavare la costante alpha<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

La vera difficolt\u00e0 sperimentale<\/strong> per il team guidato da L\u00e9o Morel<\/strong>, dottorando della Sorbona presso il laboratorio Lkb, consisteva misurare con estrema precisione \u2013 e riducendo al massimo le perturbazioni o gli errori sistematici \u2013 l\u2019energia cinetica del rinculo dell\u2019atomo di rubidio<\/em>. Si tratta di una misura di tipo interferometrico<\/em> che sfrutta le cosiddette \u201conde di materia<\/em>\u201d, e per la quale gli scienziati hanno costruito un nuovo e apposito setup sperimentale, in grado di accelerare gli atomi fino a raggiungere una velocit\u00e0 di 6 m\/s (oltre 21 km\/h) in appena 6 millisecondi,<\/em> e integrando la misurazione per un tempo di un\u2019ora per massimizzarne la sensibilit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n

La nuova misura, discutono gli scienziati, confermerebbe la natura di particella elementare dell\u2019elettrone<\/strong> \u2013 il fatto cio\u00e8 che esso sia privo di sottostrutture \u2013 in accordo con il modello standard della fisica particellare e in accordo con le stime sperimentali del momento magnetico dell\u2019elettrone<\/em>. Sarebbe per\u00f2 significativamente in disaccordo con misurazioni precedenti della costante stessa<\/strong>, effettuate da altri gruppi di ricerca utilizzando sistemi e concetti sperimentali simili \u2013 risultati che deviavano, per\u00f2, dalle previsioni del modello standard in direzioni fra loro discordanti. Il buon accordo fra la teoria e le misurazioni<\/strong> ottenuto nel lavoro di Morel e collaboratori \u00e8 un passo notevole a conferma della bont\u00e0 dei modelli teorici<\/strong> e costituisce un punto di partenza fondamentale per l\u2019indagine sull\u2019esistenza della materia oscura, dell\u2019energia oscura e della disparit\u00e0 fra materia e antimateria<\/em> \u2013 evidenze sperimentali inspiegate dal modello standard<\/em> \u2013 senza dover passare attraverso l\u2019ideazione di una nuova fisica. Fino a prova contraria.<\/p>\n\n\n\n

Per saperne di pi\u00f9:<\/strong><\/p>\n\n\n\n