Alcuni ricercatori svedesi sono riusciti a estrapolare coppie di fotoni dal vuoto, dimostrando così che questo non è veramente privo di materia. Lo studio su Nature
Il primo ad aver teorizzato la possibilità di estrarre particelle virtuali dal vuoto fu il fisico Gerald Moore, che nel 1970 ebbe un’intuizione particolare. Secondo lo scienziato, se i corpuscoli avessero colpito uno specchio dal moto oscillatorio abbastanza rapido – ovvero con una velocità vicina, o almeno paragonabile, a quella della luce – la materia avrebbe potuto usare l’energia (cinetica) dissipata nel movimento per uscire dalla condizione di fluttuazione tra esistente e non esistente, diventando finalmente misurabile. Questo processo si chiama effetto Casimir dinamico e il suo problema sperimentale è che portare uno specchio a oscillare avanti e indietro con una velocità prossima a quella della luce è molto complicato.
Per superare questa difficoltà, gli scienziati di Göteborg hanno messo a punto un metodo ingegnoso. “Poiché non potevamo pensare di portare uno specchio a muoversi con così tanta rapidità, abbiamo pensato di riprodurre la condizione necessaria all’esperimento in un altro modo”, ha spiegato Per Delsing, docente di fisica sperimentale alla Chalmers che ha preso parte alla ricerca. “Invece di alterare la posizione fisica di uno specchio, abbiamo riprodotto lo spostamento tramite la variazione del campo elettromagnetico in un cortocircuito, un circuito chiuso che ha resistenza nulla e che si comporta come uno specchio, ma solo per le microonde”.
A dispetto del nome poco intuitivo dello strumento usato, Superconductive quantum interference device (Squid), il principio fisico che è alla base dell’esperimento è piuttosto semplice. A simulare il movimento dello specchio ci pensa infatti questo apparecchio particolarmente sensibile alle variazioni del campo magnetico: cambiando la direzione del campo che passa attraverso il circuito è infatti possibile riprodurre l’effetto di uno specchio che si muove. Con questa tecnica uno Squid può vibrare milioni di volte al secondo, poiché non ci sono elementi meccanici (e quindi massa) a spostarsi, ma è solo il campo a cambiare direzione.
I ricercatori sono così riusciti a far “muovere lo specchio” a una velocità molto alta, circa un quarto della velocità della luce. “Il risultato – ha continuato Delsing – è stato che dei fotoni sono effettivamente comparsi dal nulla, o meglio dal vuoto. La radiazione emessa sotto forma di microonde da queste particelle era misurabile, e quindi abbiamo potuto verificare che avesse tutte le proprietà predette dalla meccanica quantistica”. Lo spettro di radiazione, per esempio, doveva corrispondere a quello teorico e le frequenze dei fotoni che compaiono a coppie, se sommate, dovevano coincidere con la frequenza di oscillazione dello Squid, in modo che non si infrangessero le leggi di conservazione dell’energia.
Un risultato in accordo con le previsioni dellameccanica quantistica, dunque, ma possibile solo perché i fotoni non hanno massa. “È per questo motivo che basta poca energia per tirare fuori le particelle dalla loro condizione di virtualità. In linea di principio si potrebbe ricreare qualsiasi particella a partire dal vuoto, anche elettroni o protoni, solo che questo procedimento necessiterebbe di una quantità di energia molto maggiore”, ha concluso Delsing.
Sebbene, secondo gli scienziati, il risultato sia importante soprattutto per le sue implicazioni teoriche – che potrebbero avere a che fare anche con l’energia oscura, uno dei più grandi misteri della fisica moderna – il risultato potrebbe essere in futuro utilizzato anche nel campo dell’informazione quantistica. Per esempio per lo sviluppo di computer quantistici.
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