Lo spazio non è vuoto. Ecco perché questa scoperta mi ha lasciato senza parole

Ragazzi, possiamo parlare un momento di quanto sia strano l'universo?

Perché quello che ho scoperto stamattina mi ha fatto drizzare i capelli. L'ho riletto tre volte, convinto di aver capito male.

Lo spazio, quello che chiamiamo "vuoto", in realtà non è vuoto.

So cosa state pensando: sembra la battuta di una barzelletta pessima. Ma lasciate perdere lo scetticismo per un secondo. Un team di scienziati ha appena pubblicato dei risultati su Nature che rappresentano la prova più solida di sempre: il vuoto cosmico ha delle proprietà concrete. Non è un semplice scenario passivo dove accadono le cose. È più simile a... una sostanza. Qualcosa che spinge indietro, che rallenta, che fa una serie di acrobazie quantistiche che stiamo appena iniziando a capire.

Cosa c'è dentro al "nulla"?

La fisica quantistica è incredibile. E quando dico incredibile, intendo proprio incredibile.

Una delle idee più strane emerse da questo campo riguarda proprio il vuoto: quello che noi percepiamo come niente, come semplice assenza di tutto, in realtà brulica di attività a livelli microscopici.

Provate a immaginarlo così: siete in mezzo a una folla, ma non riuscite a vedere le persone. Vedete solo spazio vuoto. Però, se tendete l'orecchio, vi accorgete che ci sono migliaia di persone che corrono dentro e fuori da quello spazio, così velocemente che non riuscite mai a cogliere nessuno in particolare.

È più o meno quello che succede nel mondo quantistico. Il vuoto è pieno di particelle "virtuali", specificamente coppie elettrone-positrone, che saltano fuori dall'esistenza e si annichiliscono quasi istantaneamente. Ci sono, ma non ci sono. Abbastanza per farsi venire il mal di testa.

Quella volta che Heisenberg aveva ragione (forse)

E qui viene il bello. Negli anni Trenta, il fisico Werner Heisenberg — sì, proprio quel Heisenberg — propose qualcosa che sembrava troppo strano per essere vero: queste particelle fantasma dovrebbero influenzare il modo in cui la luce viaggia attraverso lo spazio, soprattutto quando passa attraverso un campo magnetico potentissimo.

Il ragionamento era questo: la luce ha diverse polarizzazioni (pensatele come diverse direzioni di vibrazione). Di norma, queste polarizzazioni viaggiano alla stessa velocità nel vuoto. Ma Heisenberg suggerì che in presenza di un campo magnetico incredibilmente forte, sarebbe dovuto succedere qualcosa di strano. Le particelle virtuali avrebbero dovuto "polarizzarsi" in risposta al campo, creando essenzialmente un mezzo che rallenta una polarizzazione più dell'altra. Questo effetto si chiama birefringenza del vuoto.

Il problema? Nessuno l'aveva mai osservata direttamente. È rimasta una predizione teorica, a galleggiare tra le pagine delle riviste di fisica per quasi un secolo.

Ed ecco che entrano in scena le magnetar

Allora, come si fa a dimostrare qualcosa che evade i fisici da novant'anni? Servono due cose: un campo magnetico stupidamente forte e strumenti abbastanza sensibili da misurare quello che succede alla luce che ci passa attraverso.

E guarda caso, le magnetar esistono.

Se non le conoscete, preparatevi. Queste sono stelle di neutroni — i nuclei collassati di stelle massicce andate in supernova — con campi magnetici che superano ogni immaginazione. Per darvi un'idea: il campo magnetico terrestre è circa 1 gauss. Un magnete da frigorifero arriva a 100 gauss. Una magnetar? Circa un milione di miliardi di gauss.

La NASA ha un modo divertente per illustrarlo: se una magnetar si trovasse a circa 64.000 chilometri da noi (circa un sesto della distanza dalla Luna), cancellerebbe tutti i dati di ogni carta di credito sulla Terra. È questo il livello di potenza di cui parliamo.

E sapete qual è la cosa assurda? Conosciamo solo circa 31 magnetar in tutto l'universo osservabile. Trentuno. Più o meno una per ogni anno passato da quando sono state teorizzate nel 1992.

L'osservazione

Nel nuovo studio, un team internazionale di scienziati ha puntato vari strumenti verso una magnetar specifica: 1E 1547.0−5408. Questa ha alcune caratteristiche utili: emette molti raggi X e onde radio, e la sua rotazione ci offre un buon angolo di visuale per studiare le sue emissioni.

Cosa hanno trovato? La polarizzazione della luce proveniente da questa magnetar era molto più alta di quella che vedremmo da oggetti simili. E rimaneva coerente mentre la stella ruotava. Questa coerenza è la chiave: suggerisce che qualcosa nell'ambiente immediato della magnetar — la sua magnetosfera — sta modellando il modo in cui la luce viaggia.

Perché è importante? Perché se la birefringenza del vuoto stesse avvenendo, ci aspetteremmo di vedere esattamente questo tipo di luce polarizzata. Il campo magnetico intenso sta alterando come le diverse polarizzazioni della luce si propagano, lasciando un'impronta sulla radiazione che possiamo rilevare.

I ricercatori sono cauti: non è una prova definitiva. Dicono che "motiva ulteriori studi osservativi e teorici". Ma è l'evidenza più forte che abbiamo mai ottenuto per un fenomeno che Heisenberg aveva predetto quasi novant'anni fa.

Perché mi commuove (e forse dovrebbe commuovere anche voi)

Siamo onesti: questa roba mi lascia davvero senza parole.

Viviamo le nostre giornate pensando allo "spazio" come a questo vuoto passivo, un palcoscenico vuoto dove succedono le cose. Ma a livello quantistico, niente è mai veramente vuoto. C'è sempre qualcosa in corso. C'è sempre una sorta di energia inquieta, anche nei posti che consideriamo più deserti.

E questo, per me, è bellissimo. Significa che l'universo è più interconnesso di quanto spesso pensiamo. La luce non viaggia semplicemente attraverso il niente e arriva ai nostri occhi — interagisce con il tessuto stesso dello spazio, con particelle fantasma che lampeggiano dentro e fuori dall'esistenza più velocemente di quanto possiamo misurare.

Il fatto che stiamo sviluppando strumenti abbastanza sensibili da rilevare questi effetti sottili mi sembra un autentico traguardo. Siamo passati dal prevedere che le particelle virtuali dovessero influenzare la luce all'osservarla davvero, grazie ad alcuni degli oggetti più estremi del cosmo.

Quindi la prossima volta che alzate lo sguardo verso il cielo notturno, ricordatevelo: quella bellissima oscurità non è vuota. È viva di possibilità, di sussurri quantistici, di echi di particelle che quasi sono state.

Non è incredibile?

Il punto

Cambierà la vostra vita quotidiana? Probabilmente no. Ma potrebbe farvi riflettere due volte sulla parola "niente". In fisica, il "niente" non è mai stato veramente niente. E grazie alle magnetar — quelle 31 misteriose giganti cosmiche — stiamo finalmente iniziando a intravedere questa verità.

Speriamo che siano pronte per altri ritratti ravvicinati.