Dalla luce si crea la materia con un laser

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I ricercatori hanno finalmente trovato un modo per trasformare la luce in materia entro un anno. E il risultato avviene quasi 80 anni dopo la nascita dei primi tentativi effettuati per riuscire nell'impresa storica. Nel 1934, infatti, due scienziati, Gregory Breit e John Wheeler, per primi si avvicinarono all'idea di trasformare la luce in materia. Secondo loro, quest'ultima avrebbe potuto essere creata dalla luce emanata da due fotoni, creando un elettrone e un positrone. Purtroppo, a causa della mancanza di infrastrutture e delle ridotte tecnologie dell'epoca, l'ipotesi rimase solo un sogno.

Oggi, però, a distanza di alcuni decenni dal lancio della teoria, i ricercatori dell'Imperial College di Londra hanno individuato il modo appropriato per rendere questa teoria una realtà. Mediante l'utilizzo di nuove attrezzature, come un potente laser ad alta intensità in grado di accelerare elettroni poco al di sotto della velocità della luce, i ricercatori hanno potuto dimostrare quanto la teoria della "collisione tra fotoni" di Wheeler e Breit possa effettivamente essere veritiera.

Il professor Steve Rose dell'Imperial College sostiene che, sebbene la creazione della materia sia possibile, il risultato finale non è visibile ad occhio nudo. Almeno, non in questa fase. "Nonostante il fatto che tutti i fisici accettino la teoria, quando Breit e Wheeler la proposero per la prima volta, sostennero che non si aspettavano potesse essere dimostrata in laboratorio. Oggi, quasi 80 anni dopo, proviamo che si sbagliavano", ha dichiarato Rose. " stata sorprendente per noi la scoperta di poter creare la materia direttamente dalla luce usando la tecnologia che abbiamo oggi nel Regno Unito. Come teorici, stiamo trasmettendo ad altri la possibilità di utilizzare le nostre idee per intraprendere questo esperimento e averlo come punto di riferimento".

Rose ed il suo team hanno usato un potentissimo laser ad alta intensità per scagliare elettroni quasi alla velocità della luce verso una lastra d'oro. Questo ha dato origine a fotoni almeno un miliardo di volte più energetici della luce visibile. Il passo successivo è stato quello di utilizzare il laser sparando alta energia sulla superficie di un cilindro d'oro minuscolo chiamato Hohlraum che, in tedesco, significa cavità.

Il processo ha creato un campo di radiazione termica di fotoni. I ricercatori hanno poi diretto il fascio di fotoni dalla lastra d'oro verso la parte centrale dell'Hohlraum, causando la collisione tra le due fonti di fotoni, creando elettroni e positroni.

La materia ricavata dall'energia è stata creata nel 1997, presso il Linear Accelerator Center di Stanford, quando un potente fascio di elettroni fu introdotto in un raggio laser di fotoni. Di tanto in tanto, un elettrone in collisione con un fotone spingeva altri fotoni con forza sufficiente a produrre un elettrone e un positrone. "Non c'era energia sufficiente a Stanford per osservare il processo di Breit-Wheeler; è stato osservato invece un processo molto più complesso, quello secondo il quale i fotoni ad alta energia interagiscono con più fotoni a bassa energia in un campo laser", osserva l'autore principale dello studio, Oliver Pike, anch'egli dell'Imperial College di Londra. "Nel nostro lavoro, non ci sono particelle massive presenti. Il nostro schema rappresenterebbe, quindi, la prima prova del principio di una pura collisione fotone-fotone".

Lo studio è stato finanziato dal Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), dal John Adams Institute for Accelerator Science e la Atomic Weapons Establishment (AWE). I relativi risultati sono stati pubblicati online su Nature Photonics.

Federica Vitale

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