PISA- Uno studio basato sulla tesi di Chiara Coviello, laureata in Fisica all’Università di Pisa nel 2023 e attualmente impegnata in un dottorato di ricerca al King’s College di Londra, è stato recentemente pubblicato nella rivista AVS Quantum Science. Lo studio, intitolato “Gravitational waves and Black Hole perturbations in acoustic analogues”, si concentra sui buchi neri, tra gli oggetti più affascinanti e misteriosi del cosmo, ma anche estremamente complessi da analizzare. Per comprenderli meglio, il gruppo di ricerca interdisciplinare di cui Coviello fa parte ha esaminato i buchi neri acustici, un equivalente analogico che intrappola le onde sonore e può essere realizzato in esperimenti da laboratorio.
Tra gli autori dello studio figurano anche la professoressa Marilù Chiofalo dell’Università di Pisa, i professori Dario Grasso dell’INFN di Pisa, Stefano Liberati della SISSA di Trieste, Massimo Mannarelli dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, e la dottoressa Silvia Trabucco, dottoranda di ricerca al Gran Sasso Institute Science dopo essersi laureata in Fisica a Pisa.
Coviello e il suo team hanno investigato la possibilità di utilizzare i buchi neri acustici per studiare le interazioni tra onde gravitazionali e buchi neri astrofisici. In un’analisi teorica, hanno esplorato come generare perturbazioni simili alle onde gravitazionali in un condensato di Bose-Einstein di atomi ultrafreddi, uno stato della materia in cui migliaia di atomi si comportano collettivamente come un’unica grande molecola. Nei condensati di Bose-Einstein, le perturbazioni a bassa energia sono descritti come fononi, particelle quantistiche che si muovono come particelle senza massa in geometrie simili a quelle di un buco nero per i fotoni, cioè un buco nero astrofisico.
Nei buchi neri acustici, i fononi sono intrappolati e costituiscono quella che è conosciuta come radiazione di Hawking, la stessa predetta da Stephen Hawking per i buchi neri astrofisici. Utilizzando le conoscenze sulle onde gravitazionali, il team di ricerca ha sviluppato un “dizionario” tra buchi neri acustici e astrofisici, per capire meglio come le perturbazioni simili alle onde gravitazionali influenzano l’orizzonte acustico di un buco nero da laboratorio. L’idea è di utilizzare esperimenti di fisica della materia, condotti su tavoli ottici di dimensioni contenute, come simulatori quantistici altamente controllabili per studiare proprietà di oggetti astrofisici e cosmologici.
“Siamo entusiasti che questa fisica possa essere studiata attraverso esperimenti oggi realizzabili, come quelli con atomi ultrafreddi, offrendo un nuovo modo per esplorare questi sistemi in un ambiente controllato,” ha dichiarato Chiara Coviello.
I risultati ottenuti potrebbero essere utilizzati per studiare gli effetti di dissipazione e riflessione delle perturbazioni simili alle onde gravitazionali nei buchi neri acustici. Gli autori del lavoro ritengono che queste indagini possano contribuire a chiarire i comportamenti universali dei buchi neri astrofisici e il ruolo delle fluttuazioni quantistiche al loro interno.
Il team di ricerca, frutto di una collaborazione tra diverse università e centri di ricerca, intende proseguire l’analisi delle proprietà di viscosità dell’orizzonte acustico e la sua relazione con l’entropia, comportamenti noti per essere universali, cioè indipendenti dal sistema fisico specifico. I risultati potrebbero fornire nuove intuizioni sulla teoria fisica fondamentale e sulle simmetrie dei buchi neri astrofisici.
Last modified: Marzo 7, 2025
