Gravitone: differenze tra le versioni

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{{Infobox particella

{{Infobox_particella

|nome = Gravitone

|famiglia = [[Bosone (fisica)|Bosone]]

|status = Ipotetica

|interazione=[[Gravitazione]]

|simbolo=G<ref> G è usata per evitare confusioni con i gluoni (simbolo g) </ref>

|antiparticella=Se stessa

|teorizzata=Anni trenta<ref> {{cita libro| nome=Carlo | cognome=Rovelli | titolo=Notes for a brief history of quantum gravity | città=Roma | anno=2000}} </ref>

Il nome è attribuito a Dmitrii Blokhintsev e F. M. Gal'perin nel 1934<ref name=Neutrino_hypothesis> {{cita libro| autore1=Dmitrii Blokhintsev | autore2=F.M. Gal'perin | titolo= Гипотеза нейтрино и закон сохранения энергии [[Neutrino hypothesis and conservation of energy]] | anno=1934 | ISBN=9785040089567 }} </ref>|massa=0

< 6×10−32 eV/c2<ref> * P.A. Zyla et al, [https://pdg.lbl.gov/2020/tables/rpp2020-sum-gauge-higgs-bosons.pdf "Review of Particle Physics: Gauge and Higgs bosons''], Bologna, Particle Data Group, 2020. </ref>

}}

Il '''gravitone''', o [[quanto]] di [[Interazione gravitazionale|gravità]], è un'ipotetica [[particella elementare]] responsabile della mediazione dellamediatrice dell'[[interazione gravitazionale]], che compare in diversi modelli[[Modello teorici(scienza)|modelli]] che mirano a unificare i fenomeni gravitazionali e la [[meccanica quantistica]] in un'unica teoria, definitadi [[gravità quantistica]]. Attualmente tale unificazione non risulta compiuta pera viacausa di un problema matematico riguardante la [[rinormalizzazione]] nella [[relatività generale]].

Se il gravitone esiste, si prevede sia privo di massa per via del lungo raggio d'azione infinito della forza di gravità e che si muova pertanto alla [[velocità della luce]]; inoltre, deve essere un [[Bosone di gauge|bosone]] con [[spin]]-=2 perchèperché la sorgente della gravitazione è il [[tensore energia impulso]], un [[tensore]] di secondo ordine (diversamente dal [[fotone]], mediatoreil dell'[[interazionetensore elettromagnetica]]energia con spin=1, la cui sorgente è la [[quadricorrenteimpulso]], cioè un tensore di primo ordine).

Si può mostrare come vi sia una corrispondenza biunivoca tra qualsiasi particella elementare priva di massa con [[spin]] pari a 2 e una forza perfettamente uguale alla gravitazione; da ciò consegue che, se venisse scoperta una particella con tali caratteristiche, sarebbe un gravitone.<ref>{{Cita libro|autore=Charles W. Misner|autore2=Kip S. Thorne|autore3=John Archibald Wheeler|titolo=Gravitation|dataoriginale=1 Gennaio 1973|anno=1973|lingua=Ingleseen|ISBN=0-7167-0344-0}}</ref> Secondo la [[teoria delle stringhe]], una delle teorie di gravità quantistica, il gravitone è uno stato privo di massa di una stringa fondamentale.

Secondo la [[teoria delle stringhe]], una delle teorie di gravità quantistica, il gravitone è uno stato privo di massa di una stringa fondamentale.

== Storia ==

Il termine gravitone è stato originariamente coniato nel 1934 dal fisico sovietico [[Dmitrii Blokhintsev]] e da [[F.M. Gal'perin]].<ref>{{Cita libro|autore=Dmitrii Blokhintsev|autore2=F.M. Gal'perin|titolo=Гипотеза нейтрино и закон сохранения энергии [Neutrino hypothesis and conservation of energy]|url=https://books.google.it/books?id=V2ktDAAAQBAJ&pg=PA664&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false|annooriginale=1934|lingua=Russorusso|pp=147-157|ISBN=9785040089567}}</ref> Paul Dirac reintrodusse il termine in una serie di lezioni nel 1959, notando che l'energia del campo gravitazionale dovrebbe trovarsi sotto forma di quanto.<ref>{{Cita libro|autore=Graham Farmelo|titolo="The Strangest Man : The Hidden Life of Paul Dirac, Quantum Genius"|anno=2009|url=https://archive.org/details/strangestmanhidd0000farm|data=22 Gennaio 2009|pp=[https://archive.org/details/strangestmanhidd0000farm/page/367 367]-368|ISBN=978-0-571-22278-0}}</ref> L'ipotesi della mediazione dell'interazione gravitazionale attraverso particelle era stata anticipata da [[Pierre Simon Laplace|Pierre-Simon Laplace]].<ref>{{Cita libro|autore=A.Anthony Zee|curatore=Princeton Universy Press|titolo=On Gravity: A Brief Tour of a Weighty Subject|url=https://press.princeton.edu/books/hardcover/9780691174389/on-gravity|data=24 Aprile 2018|città=Princeton, New Jersey|ISBN=9780691174389978-0-691-17438-9}}</ref> ComeProprio nellacome l'[[teoriaTeoria corpuscolare della luce|anticipazione dei fotoni]] da parte di [[Isaac Newton|Newton]], lei particelle"gravitoni" anticipateprevisti da Laplace siavevano muovevanouna allavelocità maggiore della [[Velocità della luce|velocità della luce nel vuoto]], cioèche quellaè invece la velocità dei gravitoni prevista dalle moderne teorie moderne.

== Teoria ==

Dato il grande successo dei [[Quanto|quanti]] nel descrivere le [[Interazioni fondamentali|forze fondamentali]], è sembrato naturale che lo stesso metodo potesse funzionare bene anche per la gravità. Secondo alcune teorie il movimento di un corpo produrrebbe un segnale di informazione che impiega un tempo rapidissimo, ma comunque non nullo, per arrivare all'altra massa interagente (secondo la [[relatività ristretta]] sarebbe uguale alla velocità della luce) e adeguare la forza di gravità alla nuova distanza fra i due corpi. Secondo altri punti di vista, come il [[Teorema di Bell|Teorema di non-località]] di [[John Stewart Bell|Bell]], fra due masse e relativi gravitoni esisterebbe un legame permanente fuori dal [[spaziotempo|continuo spaziotemporale]].

Nelle varie teorie i gravitoni devono esercitare sempre una forza attrattiva e agire a qualsiasi distanza in accordo con le caratteristiche della gravità. Dal punto di vista quantistico queste caratteristiche definiscono un [[Bosone (fisica)|bosone]] con spin 2 e [[massa a riposo]] zero che definisce un [[campo tensoriale]]. Nella gravità quantistica i gravitoni svolgerebbero lo stesso ruolo dei fotoni, i quanti del [[campo elettromagnetico]], nell'ambito dell'[[elettrodinamica quantistica]], dove vengono continuamente creati e distrutti da tutte le particelle cariche e interagendo con esse producono la familiare [[Interazione elettromagnetica|forza elettromagnetica]].

Sono stati fatti molti tentativi di introdurre il gravitone, anche se la formalizzazione matematica non è priva di ostacoli. Una teoria di questo tipo richiederebbe al gravitone di operare in maniera simile al fotone, ma contrariamente all'elettrodinamica, dove i fotoni agiscono direttamente solo sulle particelle cariche, i gravitoni dovrebbero interagire anche fra di loro oltre che con tutte le altre particelle. Ad oggi tutti i tentativi di creare una teoria quantistica coerente per la gravitazione si sono dimostrati problematici. Si deve anche notare che una teoria della gravità quantistica non richiede necessariamente un gravitone; ad esempio la teoria LQG, (loop quantum gravity, [[gravitazione quantistica a loop]]) non ha una particella analoga bensì i gravitoni appaiono come modificazioni topologiche del tessuto spaziotemporale.<ref>{{Cita pubblicazione|autore=Carlo Rovelli|autore2=Junichi Iwasak|anno=1992|titolo=Gravitons as Embroidery on the Weave|rivista=International Journal of Modern Physics D|volume=Vol. 01|numero=03n04|pp=533-557|lingua=Ingleseen|abstract=Si|url=https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0218271892000264}}</ref>

La rilevazione di un gravitone, qualora esistesse, si dimostrerebbe abbastanza problematica in quanto tali particelle interagirebbero molto debolmente.

== Gravitoni e rinormalizzazione ==

Nel descrivere le interazioni tra i gravitoni, la [[Teoria classica dei campi|teoria classica]] dei [[Diagramma di Feynman|diagrammi di Feynman]] e le correzioni [[Teoria semiclassica|semiclassiche]] come i diagrammi uniciclicia un loop si comportano normalmente.<ref name=":0">{{Cita web|url=https://www.slac.stanford.edu/pubs/slacpubs/16750/slac-pub-16905.pdf|titolo=Two-Loop Renormalization of Quantum Gravity Simplified|nome=Bhaumik Institute for Theoretical Physics|lingua=en|p=2|citazione=At two loops pure gravity does diverge, as demonstrated by Goroff and Sagnotti [4] and confirmed by van de Ven [5].}}</ref> Tuttavia, i diagrammi di Feymann con almeno due cicliloop portano ad una [[Catastrofe ultravioletta|divergenza ultravioletta]].<ref name=":0" /> Questi risultati infiniti non possono essere risolti poiché la relatività generale quantizzata non è [[Rinormalizzazione|rinormalizzabile]] in modo [[Teoria perturbativa (meccanica quantistica)|perturbativo]], a differenza dell'[[elettrodinamica quantistica]] e dei modelli come la [[teoria di Yang-Mills]]. Pertanto, si ottengono dei risultati non validi attraverso il [[Teoria perturbativa (meccanica quantistica)|metodo delle perturbazioni]] con cui i fisici calcolano la probabilità che una particella emetta o assorba gravitoni, e la teoria dunque perde di veridicità predittiva. Questi problemi e il quadro di approssimazione complementare sono i motivi per cui si ritiene necessaria una teoria più unificata della relatività generale quantizzata per descrivere il comportamento della gravità vicino alla scala di Planck.

== Energia e lunghezza d'onda ==

Sebbene si presuma che i gravitoni siano privi di massa, trasporterebbero comunque [[energia]], come qualsiasi altro [[quanto]]. L'energia dei [[Fotone|fotoni]] e l'energia dei [[Gluone|gluoni]] sono sempre trasportate da particelle prive di massa. Non è chiaro quale variabile potrebbe determinare l'energia del gravitone, cioè l'energia trasportata da un singolo gravitone.

Alternativamente, se i [[Gravità massiva|gravitoni hanno massa]], l'analisi delle [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]] ha prodotto un nuovo limite superiore per la [[Massa (fisica)|massa]] dei gravitoni. La [[lunghezza d'onda Compton]] del gravitone è di almeno <math>1,6 \times10^{16}m</math>, o di circa 1,6 [[Anno luce|anni luce]], corrispondente ad un gravitone di massa non superiore a <math>7,7 \times10^{-23} eV/c^2</math>.<ref>{{Cita pubblicazione|autore=Abbott B. P.|autore2=Abott R.|autore3=Abbot T. D.|coautori=e altri|titolo="GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2"|rivista=Physical Review Letters|volume=118|numero=22|doi=10.1103/PhysRevLett.118.221101|bibcode=2017PhRvL.118v1101A}}</ref> Questa relazione tra [[lunghezza d'onda]] e massa/energia è calcolata utilizzando la [[legge di Planck]], la stessa legge che mette in relazione la [[lunghezza d'onda]] delle [[Radiazione elettromagnetica|onde elettromagnetiche]] e l'energia del [[fotone]].

== Note ==