L’effetto Casimir e le fluttuazioni quantistiche del vuoto

Il mondo  microscopico  è un mondo molto turbolento. Tutti i campi sono soggetti ad oscillazioni imprevedibili e continue, dall’inflatone, all’elettromagnetismo, dal nucleare forte a quello debole,  fino a giungere al campo gravitazionale.

Le oscillazioni sono così forti da  permettere a questi campi di esistere in regioni dello spazio prive di materia e di forze. Ecco perché il  concetto di vuoto  riferito allo spazio è un concetto molto insidioso e per certi versi inesatto. Nelle fisica pre-quantistica una regione di spazio si diceva vuota se priva di materia e se tutti  i campi al suo interno hanno valore uniformemente nullo.

Grazie al  principio di indeterminazione abbiamo compreso però che il valore di  un campo può oscillare attorno al valore  zero ma non può essere zero per  più di un breve istante. Questo fenomeno è conosciuto come  fluttuazione del  vuoto.  Nel 1948 il fisico  olandese Hendrik Casimir  (1909-2000) immaginò un modo per registrare sperimentalmente  le fluttuazioni del vuoto.

 Mentre studiava perché fluidi come la maionese si muovessero con tanta lentezza, formulò la teoria dell’effetto che da lui prese il nome, secondo la quale nel vuoto, tra due lastre piane affacciate, si esercita una forza attrattiva dovuta alle fluttuazioni quantistiche. 

L’intuizione geniale  di Casimir fu quella di inserire due lamine di metallo in una regione  di spazio vuoto in questo modo constatò che la  riduzione delle oscillazioni in questa regione produceva  un effetto attrattivo tra le due lamine. 

All’epoca in cui Casimir pubblicò i suoi  risultati non esistevano strumentazioni cosi sofisticate da poter misurare questo  piccolissimo effetto. Poco  più  di una decina d’anni dopo un altro fisico olandese Marcus Spaarnay riuscì ad effettuare  una prima  rudimentale misurazione  che dava ragione a Casimir e da allora si sono succedute numerose rilevazioni sperimentali che hanno confermato l’esistenza della cosiddetta forza di Casimir. 

I fisici hanno impiegato quasi un secolo per sviluppare il  formalismo matematico in grado di descrivere le fluttuazioni quantistiche dei campi elettromagnetici,  gravitazionali e nucleari. Come  spesso accade  però risolto un problema, se ne sarebbe aperto un altro, come vedremo nel  prossimo post.

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