Il paradosso dell’informazione dei buchi neri è uno di quei rompicapi della fisica che toglie il sonno ai teorici da mezzo secolo. E adesso, un gruppo di ricercatori potrebbe aver trovato una via d’uscita davvero elegante, con implicazioni che vanno ben oltre l’astrofisica. Uno studio guidato da Richard Pinčák, pubblicato sulla rivista General Relativity and Gravitation, propone che i buchi neri non evaporino mai del tutto. Al contrario, lascerebbero dietro di sé dei minuscoli “resti” stabili, capaci di conservare tutta l’informazione che hanno inghiottito. E la parte più affascinante è che la stessa geometria a sette dimensioni alla base di questa idea potrebbe anche spiegare perché le particelle elementari hanno una massa.

Per capire il contesto, bisogna tornare agli anni Settanta e al lavoro di Stephen Hawking. Hawking dimostrò che i buchi neri non sono del tutto “neri”: emettono una debole radiazione che li fa restringere lentamente, fino a farli scomparire. Il problema? Secondo la meccanica quantistica, l’informazione non può essere distrutta. Se un buco nero evapora completamente, tutta l’informazione sulla materia caduta al suo interno sembra sparire nel nulla. Ecco il paradosso dell’informazione dei buchi neri, in tutta la sua scomoda grandezza.

Dimensioni extra e torsione dello spaziotempo

Il team di Pinčák ha lavorato su una versione della gravità nota come teoria di Einstein-Cartan, formulata in sette dimensioni su una struttura matematica chiamata varietà G2 con torsione. A differenza della Relatività Generale classica, che descrive lo spaziotempo come qualcosa che si può curvare, la teoria di Einstein-Cartan ammette anche che lo spaziotempo si possa “torcere”. Questa torsione diventa cruciale alle densità estreme della scala di Planck: genera una forza repulsiva che si oppone al collasso gravitazionale e, secondo i calcoli dei ricercatori, ferma l’evaporazione di Hawking proprio nell’ultimo istante. Il buco nero, invece di svanire, lascia un residuo stabile con una massa stimata di circa 9×10⁻⁴¹ kg.

E qui arriva la domanda ovvia: che fine fa l’informazione? Secondo il modello, il residuo funziona come un archivio a lungo termine. L’informazione quantistica viene codificata in vibrazioni longeve del campo di torsione, all’interno della geometria del residuo stesso. Per dare un’idea della capienza, un residuo lasciato da un buco nero con la massa del Sole potrebbe immagazzinare circa 1,515×10⁷⁷ qubit di informazione. Quanto basta, dicono gli autori, per risolvere il paradosso dell’informazione dei buchi neri senza toccare i fondamenti della meccanica quantistica.

Dal cosmo alle particelle: un ponte inatteso verso il campo di Higgs

Lo studio non si ferma ai buchi neri. Riducendo la geometria da sette a quattro dimensioni (quelle dello spaziotempo che sperimentiamo quotidianamente), il modello produce in modo naturale la scala elettrodebole, circa 246 GeV, strettamente legata al campo di Higgs, il meccanismo responsabile della massa delle particelle elementari. In pratica, lo stesso ingranaggio geometrico che impedisce ai buchi neri di evaporare completamente potrebbe offrire una spiegazione al cosiddetto problema della gerarchia delle masse, un altro grattacapo storico della fisica delle particelle.

Verificare tutto questo in laboratorio non sarà semplice. Le particelle associate alle dimensioni extra avrebbero masse dell’ordine di 8,6×10¹⁵ GeV, circa sette ordini di grandezza oltre la portata del Large Hadron Collider. Tuttavia, gli autori suggeriscono strade alternative: i residui stabili previsti dal modello potrebbero contribuire alla materia oscura, e tracce della geometria a sette dimensioni potrebbero nascondersi nella radiazione cosmica di fondo o nelle onde gravitazionali primordiali. Se anche solo una di queste previsioni venisse confermata, il paradosso dell’informazione dei buchi neri potrebbe non richiedere affatto una revisione della meccanica quantistica, ma piuttosto indicare una struttura più profonda della realtà, nascosta in dimensioni che ancora non riusciamo a osservare direttamente.

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La desalinizzazione solare fa un passo avanti enorme grazie a un gruppo di ricercatori dell’Università di Rochester, che hanno messo a punto un sistema capace di trasformare l’acqua di mare in acqua potabile senza generare quella fastidiosa e inquinante salamoia che rappresenta il tallone d’Achille degli impianti tradizionali. E non è tutto: i sali recuperati dal processo potrebbero diventare una fonte preziosa di litio, il minerale che alimenta le batterie dei veicoli elettrici e di buona parte dell’elettronica moderna.

Secondo le Nazioni Unite, circa 2,2 miliardi di persone nel mondo non hanno ancora accesso ad acqua potabile sicura. I metodi convenzionali di desalinizzazione, come l’osmosi inversa e la distillazione termica, funzionano ma costano parecchio in termini di energia, richiedono trattamenti chimici e producono grandi volumi di acqua ipersalina. Quando questa salamoia viene scaricata in mare, i danni agli ecosistemi marini sono concreti: aumenta la salinità, diminuisce l’ossigeno disponibile. Insomma, si risolve un problema creandone un altro.

Pannelli solari trattati al laser: il cuore del sistema

Il sistema sviluppato dal professor Chunlei Guo e dal suo team si basa su pannelli realizzati con un metallo nero, lavorato con laser a femtosecondi. Questo trattamento conferisce alla superficie due caratteristiche fondamentali: assorbe praticamente tutta la luce solare e attira l’acqua con grande forza, una proprietà chiamata “superwicking”. In pratica, un sottile strato di acqua di mare scorre sulla zona attiva del pannello, evapora grazie al calore del sole e si condensa sotto forma di acqua dolce. I sali disciolti, nel frattempo, vengono guidati lontano dalla zona di evaporazione e depositati su aree passive, dove non interferiscono con il funzionamento continuo del dispositivo.

Il problema che molte tecnologie simili non riescono a superare riguarda proprio l’incrostazione. L’acqua di mare reale non è fatta solo di cloruro di sodio: contiene magnesio, calcio e decine di altri minerali che, cristallizzando, formano croste dure e compatte. Un po’ come il calcare che si accumula dentro un bollitore, ma in versione molto più aggressiva. Il team di Rochester ha risolto la questione progettando microscopiche scanalature sulla superficie metallica e sfruttando il cosiddetto effetto anello di caffè. Quando una goccia di caffè evapora, le particelle si concentrano lungo il bordo esterno: lo stesso principio spinge i sali verso le zone passive del pannello, mantenendo pulita l’area di lavoro.

Minerali recuperati e prospettive future

La desalinizzazione solare sviluppata a Rochester è stata testata con campioni d’acqua prelevati dal Pacifico, dall’Atlantico e dall’Oceano Indiano. In tutti i casi, la superficie si è autopulita con successo, producendo acqua dolce in modo continuo mentre i sali venivano raccolti in forma solida. Niente scarichi liquidi, niente impatto ambientale da salamoia.

Questi sali recuperati non sono rifiuti, anzi. Oltre al comune sale da tavola, il processo permette di estrarre minerali strategici. In uno studio correlato, pubblicato sul Journal of Materials Chemistry A, Guo e colleghi hanno dimostrato che gli stessi pannelli possono separare il litio dagli altri sali, grazie a nanoparticelle di titanato di idrogeno incorporate nelle scanalature del metallo. Usando acqua del Great Salt Lake nello Utah, il team ha recuperato circa il 50% del litio presente nei residui salini.

La tecnologia è ancora nella fase di prova di concetto, ma le potenzialità sono notevoli. Se il sistema riuscirà a essere scalato per applicazioni su larga scala, potrebbe offrire una doppia soluzione: garantire accesso all’acqua potabile in aree che ne hanno disperatamente bisogno e creare al contempo una filiera sostenibile per l’approvvigionamento di minerali critici. La ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation, dalla Fondazione Bill e Melinda Gates e dal Worldwide Universities Network.

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