Grazie alla sonda Gravity Probe B (GP-B) è stato possibile trovare le prove sperimentali che due particolari effetti, previsti dalla teoria della relatività generale di Einstein, si verificano davvero, dimostrando ancora una volta che lo scienziato aveva ragione. I risultati dell’analisi dei dati GP-B sono pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.
GP-B è stata lanciata nel 2004 e ha completato la sua raccolta dati a dicembre 2010, portando verso la conclusione una lunga storia, cominciata alla fine degli anni Cinquanta. È in quel periodo che veniva proposta e valutata l’idea che poi si è trasformata in un esperimento spaziale, oggi finalmente compiuto con successo.
Il primo di questi effetti consiste in una deformazione dello spazio-tempo in presenza di un qualsiasi corpo dotato di massa. In modo molto semplificato, possiamo pensare di salire in piedi sopra il letto: il nostro peso deforma il materasso, che si “affossa” sotto il nostro peso. Il secondo effetto è conseguenza della rotazione del corpo dotato di massa. Oltre a deformare lo spazio-tempo, un corpo rotante lo trascina anche con sé. Per tornare al nostro esempio, possiamo pensare di girare su noi stessi una volta saliti sul letto: le lenzuola tendono ad attorcigliarsi intorno ai nostri piedi. La stessa teoria ci avverte però che, anche se si prende in esame un corpo rotante di massa non indifferente come la Terra, se questi effetti ci sono risultano quasi impercettibili e per misurarli è necessaria strumentazione estremamente sensibile: un lavoro adatto a GP-B.
Il compito della sonda, tutto sommato, non era molto impegnativo: orbitare intorno alla Terra, passando ad ogni giro sopra entrambi i poli e fissare, nel frattempo, una stella, sempre la stessa (IM Pegasi), allo scopo di avere un punto di riferimento fisso verso il quale mantenere l’orientamento. All’interno di GP-B ci sono quattro giroscopi, piccoli dispositivi rotanti che tendono a mantenere fissa la direzione del proprio asse di rotazione. In assenza di qualsiasi effetto, se le previsioni della teoria fossero state errate, questi giroscopi non avrebbero avuto alcun motivo di cambiare la direzione del proprio asse di rotazione: questa direzione avrebbe continuato a essere la stessa in cui era puntato il telescopio di GP-B. Invece le variazioni ci sono state, segno che lo spazio-tempo intorno alla Terra è deformato e avviluppato intorno ad essa: le previsioni hanno trovato conferma.
L’idea alla base dell’esperimento era semplice (vedi l’animazione), ma ha richiesto uno sforzo tecnologico enorme. Era necessario, ad esempio, sviluppare sistemi di controllo che eliminassero qualsiasi tipo di interferenza: campi magnetici o variazioni termiche avrebbero potuto disturbare le misure. Il lavoro fatto per GP-B ha avuto delle ricadute notevoli, ad esempio nell’ambito dei sistemi GPS che permettono un atterraggio facilitato agli aeroplani. Dal punto di vista scientifico si tratta di un risultato a lungo atteso che rende ancora più forte e solida la teoria della relatività generale.