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Creare la luce dal vuoto quantistico

Scritto da Redazione di Gaianews.it il 21.11.2011

Gli scienziati della Chalmers University of Technology sono riusciti a creare la luce dal vuoto quantistico – osservando un effetto previsto oltre 40 anni fa. Il risultato è stato pubblicato sulla rivista Nature. In un esperimento innovativo, gli scienziati sono riusciti a catturare alcuni dei fotoni che costantemente appaiono e scompaiono nel vuoto.

L’esperimento si basa su  uno dei principi più importanti della meccanica quantistica: quello che si definisce vuoto non lo è affatto. In effetti, il vuoto è pieno di varie particelle che variano la loro condizione di esistenza. Essi appaiono, esistono per un breve istante per poi scomparire di nuovo. Dal momento che la loro esistenza è così fugace, sono solitamente denominate particelle virtuali.

Christopher Wilson e i suoi collaboratori sono riusciti a far lasciare il loro stato virtuale ai fotoni facendoli diventare reali, cioè trasformandoli in luce misurabile. Il fisico Moore aveva previsto nel lontano 1970 che questo sarebbe dovrebbe accadere se i fotoni virtuali fossero stati fatti rimbalzare su uno specchio che si muove ad una velocità che è quasi pari alla velocità della luce. Il fenomeno, noto come effetto dinamico di Casimir  è stato osservato per la prima volta in un brillante esperimento condotto dagli scienziati di Chalmers.

“Poiché non è possibile ottenere uno specchio che si muova abbastanza velocemente, abbiamo sviluppato un altro metodo per ottenere lo stesso effetto”, spiega Per Delsing, professore di Fisica Sperimentale presso Chalmers. “Invece di variare la distanza fisica da uno specchio, abbiamo variato la distanza elettrica per un corto circuito che agisce come uno specchio per le microonde”.

Lo “specchio” è composto da un componente elettronico quantistico definito come SQUID (Superconducting quantum interference device), che è estremamente sensibile ai campi magnetici. Cambiando la direzione del campo magnetico diversi miliardi di volte al secondo gli scienziati sono stati in grado di fare vibrare lo “specchio” ad una velocità fino al 25 per cento della velocità della luce.

“Il risultato è stato che i fotoni sono apparsi in coppia dal vuoto, e siamo stati in grado di misurarli in forma di radiazione a microonde”, afferma Per Delsing. “Siamo stati anche in grado di stabilire che le radiazioni avevano esattamente le stesse proprietà che la teoria quantistica dice che dovrebbero avere quando i fotoni appaiono a coppie in questo modo.”

Durante l’esperimento lo “specchio” trasferisce parte della sua energia cinetica ai fotoni virtuali e li aiuta a materializzarsi. Secondo la meccanica quantistica, ci sono molti diversi tipi di particelle virtuali nel vuoto, come accennato in precedenza. Göran Johansson, professore associato di Fisica Teorica, spiega che il motivo per cui i fotoni appaiono nell’esperimento è che essi hanno una massa.

“E’ necessaria relativamente poca energia al fine di far emergere i fotoni dal loro stato virtuale. In linea di principio, si potrebbero anche creare altre particelle dal vuoto, come elettroni o protoni, ma richiederebbero molta più energia.”

Gli scienziati credono che il fatto che i fotoni appaiano a coppie durante l’esperimento debba essere studiato più nel dettaglio. Potrebbe essere applicato nel campo della ricerca dell’ informazione quantistica, che comprende lo sviluppo di computer quantistici.

Tuttavia, il valore principale dell’esperimento è che aumenta la nostra comprensione dei concetti fisici di base, quali le fluttuazioni del vuoto e il costante apparire e scomparire delle particelle virtuali nel vuoto. Si ritiene che le fluttuazioni nel vuoto possano avere un collegamento con l’ “energia oscura” che guida l’espansione accelerata dell’universo. La scoperta di questa accelerazione è stata riconosciuta quest’anno con l’assegnazione del Premio Nobel per la Fisica.

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