La fisica quantistica è una branca della scienza che continua a stupirci con le sue previsioni e i suoi risultati sorprendenti. Una delle previsioni più affascinanti è la possibilità di generare materia esclusivamente dalla luce, ovvero dai fotoni. Questo fenomeno, noto come collisione fotone-fotone, è stato teorizzato come un mezzo fondamentale attraverso il quale la materia viene generata nell’universo. Sebbene questo processo sia stato osservato in corpi celesti come i pulsar, la sua realizzazione diretta in laboratorio non è ancora stata raggiunta. Tuttavia, un team di ricercatori dell’Università di Osaka e dell’UC San Diego ha compiuto un passo significativo in questa direzione, utilizzando simulazioni per dimostrare come si possa produrre sperimentalmente materia esclusivamente dalla luce, aprendo la strada a future verifiche delle teorie sulla composizione dell’universo.
Simulazioni di collisioni fotone-fotone con laser
Il team di ricerca, guidato dall’Università di Osaka, ha simulato le condizioni che consentono le collisioni fotone-fotone, utilizzando esclusivamente laser. La semplicità della configurazione e la facilità di implementazione con le intensità laser attualmente disponibili rendono questo approccio un candidato promettente per un’implementazione sperimentale nel prossimo futuro. Le simulazioni hanno dimostrato che, interagendo con i campi elettromagnetici intensi del laser, un plasma denso può auto-organizzarsi per formare un collider di fotoni. Questo collider contiene una popolazione densa di raggi gamma, dieci volte più densa della densità di elettroni nel plasma e con un’energia un milione di volte superiore a quella dei fotoni nel laser.
Produzione di coppie elettrone-positrone
Le collisioni fotone-fotone nel collider producono coppie di elettroni e positroni, e i positroni vengono accelerati da un campo elettrico del plasma creato dal laser, risultando in un fascio di positroni. “Questa è la prima simulazione di accelerazione di positroni dal processo lineare Breit-Wheeler in condizioni relativistiche”, afferma il Prof. Arefiev, coautore dell’UCSD. “Riteniamo che la nostra proposta sia fattibile sperimentalmente e non vediamo l’ora di una sua implementazione nel mondo reale”.
Implicazioni e applicazioni future
Il Dr. Vyacheslav Lukin, direttore del programma presso la National Science Foundation degli Stati Uniti che ha supportato il lavoro, afferma: “Questa ricerca mostra un modo potenziale per esplorare i misteri dell’universo in un contesto di laboratorio. Le future possibilità nelle strutture laser ad alta potenza di oggi e di domani sono diventate ancora più intriganti”. Sebbene le applicazioni di questo lavoro alla tecnologia di conversione materia-energia della fantascienza di Star Trek rimangano pura finzione, questo studio ha il potenziale per aiutare a confermare sperimentalmente le teorie sulla composizione dell’universo o forse persino per scoprire una fisica precedentemente sconosciuta.
Conferma sperimentale delle teorie
La realizzazione sperimentale di materia dalla luce potrebbe fornire una conferma diretta delle teorie fondamentali della fisica quantistica e della composizione fondamentale dell’universo. Questo rappresenterebbe un passo avanti significativo nella nostra comprensione dell’universo e delle leggi che lo governano.
Scoperta di nuova fisica
Oltre a confermare le teorie esistenti, la capacità di generare materia dalla luce potrebbe anche portare alla scoperta di nuove leggi fisiche. Questo potrebbe avere implicazioni profonde per la nostra comprensione dell’universo e per lo sviluppo di nuove tecnologie.
In conclusione, il lavoro dei ricercatori dell’Università di Osaka e dell’UC San Diego rappresenta un importante progresso nella fisica quantistica e apre nuove possibilità per la ricerca futura. La generazione di materia dalla luce non è più solo una previsione teorica, ma potrebbe presto diventare una realtà sperimentale, offrendo nuove opportunità per esplorare i misteri dell’universo e scoprire nuove leggi della fisica.
