Albert Einstein aveva ragione. Scienziati del Commerce Department del National Institute of Standards and Technology (NIST) e del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno condotto il test più diretto e preciso mai tentato in precedenza per provare la formula scientifica più famosa del mondo: E=mc² (Energia = massa x velocità della luce al quadrato).

Gli esperimenti, descritti sul numero natalizio di Nature, hanno dunque dimostrato che materia ed energia sono “relative” in modo alquanto preciso. Comparando le misurazioni del NIST, di energia emessa da atomi di silicio e zolfo, con quelle del MIT, la massa degli stessi atomi, gli scienziati hanno rilevato che l'ammontare di energia differisce da quello di mc² al massimo di 0.0000004, ovvero 4 decimi di 1 parte su 1 milione. Un risultato “compatibile con l'eguaglianza”, 55 volte più accurato di ogni precedente misurazione della formula di Einstein. Questo test è importantissimo perché la teoria della relatività speciale di Einstein è la teoria principale della fisica moderna e costituisce la base per molti esperimenti scientifici in corso e prossimi venturi, così come per strumenti ad alta precisione come i gps.

Secondo le leggi della fisica fondamentali, ogni lunghezza d'onda di radiazioni elettromagnetiche corrisponde ad uno specifico ammontare di energia. Il team del NIST ha determinato il valore dell'energia secondo l'equazione di Einstein misurando molto attentamente la lunghezza d'onda di raggi gamma emessi da atomi di silicio e zolfo.

Sia il team NIST che quello del MIT hanno sfruttato un processo ben conosciuto: quando il nucleo di un atomo cattura un neutrone rilascia energia in forma di radiazione a raggi gamma; la massa di un atomo, a cui ora si è aggiunto un neutrone extra, secondo Einstein dovrebbe essere uguale alla massa originale più la massa del neutrone aggiuntosi, meno un valore chiamato “neutron binding energy”, uguale all'energia del raggio gamma, più un piccolo ammontare di energia rilasciato dal movimento del nucleo.

In questo processo, la lunghezza d'onda di un raggio gamma corrisponde a meno di un picometro, un milione di volte più piccola della luce visibile, e viene diffratta o piegata dagli atomi in cristalli calibrati ad un determinato angolo. Attraverso formule matematiche, gli scienziati possono combinare questi angoli per determinare l'energia contenuta in ogni particella individuale dei raggi gamma.

Gli scienziati del NIST hanno misurato l'angolazione da cui i raggi gamma subivano la diffrazione dai cristalli all'Institut Laue Langevin (ILL) di Grenoble, in Francia, usando il GAMS4; quelli del MIT hanno misurato la massa piazzando due ioni (atomi carichi elettricamente) dello stesso elemento, di cui uno con il neutrone extra, in una piccola gabbia elettromagnetica.

Istituzione scientifica citata nell'articolo:

National Institute of Standards and Technology (NIST)