Le implicazioni della teoria della relatività di Albert Einstein continuano a sorprendere la comunità scientifica, questa volta in un campo apparentemente lontano dalla fisica teorica dei primi del Novecento. Un gruppo di ricercatori guidato da Vassilis Lembessis della King Saud University in Arabia Saudita ha proposto un metodo innovativo per verificare gli effetti relativistici utilizzando particelle ultrafredde confinate in strutture luminose che ricordano, per forma e funzionamento, delle vere e proprie giostre rotanti. L'idea potrebbe finalmente permettere di osservare fenomeni come la dilatazione temporale su scale quantistiche, dove nessuno ha mai potuto verificarli prima.
La teoria della relatività ci ha insegnato che il tempo non è assoluto ma dipende dal moto dell'osservatore. Chi si muove rapidamente o accelera con intensità sufficiente sperimenta un rallentamento dello scorrere del tempo rispetto a chi rimane fermo. Lo stesso accade durante un moto circolare. Finora questi fenomeni sono stati documentati per oggetti relativamente grandi, ma mai su scala atomica e molecolare, dove dominano le leggi della meccanica quantistica.
La proposta del team di Lembessis si basa su una tecnologia sviluppata nel 2007, denominata "ruota panoramica ottica". Si tratta di una configurazione particolare di raggi laser capaci di intrappolare atomi o molecole in una struttura cilindrica, mantenendoli in rotazione continua. Questi sistemi operano a temperature estremamente basse, appena alcuni milionesimi di grado sopra lo zero assoluto, dove le proprietà quantistiche delle particelle possono essere controllate con precisione straordinaria mediante campi elettromagnetici e fasci luminosi.
Secondo i calcoli teorici pubblicati dal gruppo, le molecole di azoto rappresenterebbero candidati ideali per questi esperimenti. Il movimento degli elettroni al loro interno funzionerebbe come un orologio atomico interno, e i ricercatori potrebbero rilevare variazioni nella frequenza di questo "ticchettio" dell'ordine di una parte su 10 quadrilioni. Una sensibilità impressionante, resa possibile dall'accuratezza degli orologi atomici moderni e dalle condizioni controllate degli esperimenti con particelle ultrafredde.
Patrik Öhberg dell'Heriot-Watt University nel Regno Unito sottolinea l'importanza di verificare continuamente la nostra comprensione dei fenomeni fisici. Come spiega il ricercatore britannico, è proprio quando si ottengono risultati sorprendenti e inaspettati che la scienza progredisce, costringendoci a rivedere le nostre convinzioni. Il lavoro di Lembessis suggerisce un approccio alternativo per studiare sistemi relativistici con vantaggi evidenti rispetto alle configurazioni meccaniche tradizionali.
Uno degli aspetti più promettenti della tecnica delle ruote panoramiche ottiche è che permetterebbe di osservare effetti relativistici senza bisogno di velocità impraticabili. Aidan Arnold dell'Università di Strathclyde nel Regno Unito evidenzia come, normalmente, fenomeni come la dilatazione temporale richiedano movimenti estremamente rapidi. Con questo sistema invece gli atomi accelerati non si allontanerebbero molto, lasciando tempo sufficiente per misurare accuratamente i cambiamenti temporali che "percepiscono" durante la rotazione.
L'esperimento potrebbe anche mettere in discussione l'"ipotesi dell'orologio", un principio che stabilisce in che misura l'accelerazione di un orologio influenza il suo ritmo. La natura quantistica delle particelle ultrafredde potrebbe infatti rivelare comportamenti non previsti dalle teorie classiche, aprendo scenari completamente nuovi nella fisica fondamentale. Si tratterebbe di esplorare un territorio inesplorato dove relatività e meccanica quantistica si incontrano in modi ancora poco compresi.
Nonostante il potenziale scientifico, Lembessis ammette che finora gli esperimenti con ruote panoramiche ottiche sono stati relativamente rari. La possibilità di modificare la focalizzazione dei fasci laser consentirebbe di controllare le dimensioni della struttura che confina le particelle, testando così l'effetto di dilatazione temporale per diverse velocità di rotazione. Tuttavia rimangono sfide tecniche significative da affrontare, in particolare la necessità di evitare che atomi e molecole si riscaldino durante la rotazione, perdendo le proprietà quantistiche che rendono possibile l'intero esperimento.