Coppia elettrone-positrone creata dalla luce in laboratorio

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Fisici americani hanno creato materia dalla luce (virtuale) per la prima volta. Riguarda nuvole di fotoni virtuali e il risultato tiene conto di questa particolarità, ma gli scienziati sono comunque riusciti a rilevare oltre 6.000 coppie elettrone-positrone dallo scontro di due ioni accompagnati dalle loro nuvole di fotoni virtuali.

I fisici Brookhaven National Laboratory di New York sostengono di avere creato materia dalla luce, anche se con qualche artificio. Ritengono di avere trovato la soluzione al processo Breit-Wheeler del 1934, secondo il quale facendo scontrare due fotoni sufficientemente energetici si dovrebbe essere in grado di creare materia sotto forma di un elettrone e del suo opposto antimateria, un positrone.

Creare materia dalla luce con l’equazione di Einstein

Il processo Breit-Wheeler del 1934 prende a piene mani dalla famosa equazione E=mc2 di Einstein, che afferma che l’energia e la massa sono “intercambiabili”. La conversione dei fotoni (che non hanno massa) in materia è una conseguenza prevista dall’equazione di Einstein.

La difficoltà di osservare il processo intuito da Breit-Wheeler nel 1934 sta nel fare scontrare fotoni altamente energetici prodotti da laser a raggi gamma che non sono ancora stati costruiti. In altri esperimenti si è visto che la materia può essere prodotta da più fotoni, ma la scienza non era ancora riuscita a osservare la creazione di materia dallo scontro di due soli fotoni.

Fisici americani hanno creato materia dalla luce (virtuale) per la prima voltaI fisici del Brookhaven National Laboratory si sono serviti del collisore Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) per mettere in pratica una intuizione descritta da Breit e Wheeler nel 1934, quando lungi dal pensare all’esistenza dei laser ai raggi gamma – dato che non era nemmeno stato inventato il laser – i due scienziati pensarono che fosse possibile far scontrare ioni pesanti.

Nuvole di fotoni virtuali che si sono scontrate

L’accelerazione di uno ione pesante carico a velocità molto elevate (nel caso dell’esperimento uno ione dell’oro) genera un potente campo magnetico che si avvolge a spirale intorno alla particella, e all’interno del quale sono presenti una manciata di fotoni virtuali, come se si trattasse di una nuvola che circonda lo ione.

Si deve quindi entrare nell’universo delle particelle virtuali, che sono temporanee e sono da vedere come “disturbi” nei campi che esistono tra le particelle reali.

creazione di materia dallo scontro di due soli fotoni.Quando gli ioni accelerati dai ricercatori si sono sfiorati, le nuvole di fotoni virtuali si muovevano così velocemente che avevano le caratteristiche di fotoni reali e quando le nuvole si sono scontrate hanno prodotto una coppia elettrone-positrone che gli scienziati hanno potuto rilevare.

Per poter decretare questo evento come una osservazione del processo Breit-Wheeler era però necessario assicurarsi che i fotoni virtuali delle nuvole avessero lo stesso comportamento di quelli reali. Quindi i fisici hanno rilevato e analizzato gli angoli di emissione di 6.085 coppie elettrone-positrone prodotte attraverso il loro esperimento.

Hanno notato che i prodotti secondari delle particelle virtuali hanno avuto gli stessi angoli di emissione dei prodotti secondari delle particelle reali. Misurando anche l’energia e la distribuzione della massa dei sistemi hanno visto che queste erano coerenti con i calcoli teorici sui fotoni reali.

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