È possibile creare materia e antimateria solo con la luce

Con l'acceleratore RHIC i ricercatori hanno proiettato una contro l'altra due "nuvole" di ioni d'oro in modo che gli stessi ioni potessero sfiorarsi ma non scontrarsi (credito: Brookhaven National Laboratory, Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti)

Un fenomeno tramite il quale si può generare materia in maniera diretta solo con la luce è stato dimostrato nel corso di un importante esperimento condotto da un team di scienziati che hanno utilizzato il Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), un acceleratore del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti situato presso il Brookhaven National Laboratory.

Acceleratore Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC)

Con questo acceleratore i ricercatori sono in grado di accelerare ioni d’oro al 99,995% della velocità della luce. Come spiega Zhangbu Xu, ricercatore del RHIC, ci si serve di due “nuvole” di fotoni che vengono proiettate una contro l’altra con un livello di energia e di intensità non sufficienti a far sì che gli ioni si scontrino. Gli ioni, infatti, si sfiorano soltanto in modo che i campi di fotone possano interagire.[1]
Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters.[2]

È possibile creare in laboratorio una coppia di particelle di materia e di antimateria

I ricercatori hanno dimostrato che è possibile creare in laboratorio una coppia di particelle di materia e di antimateria (un elettrone e un positrone) facendo collidere dei fotoni con un determinato livello di energia. Si tratta, in pratica, di una conversione della luce energetica in materia, qualcosa che è consequenziale alla più nota equazione di Einstein, E=mc2. Questa equazione afferma infatti che l’energia e la materia sono intercambiabili quando entra in gioco la luce.

Materia può essere creata anche tramite “fotoni virtuali”

Queste coppie di particelle in realtà possono essere create anche tramite “fotoni virtuali”, fotoni che esistono solo per un periodo brevissimo e che trasporta una massa effettiva. Dunque per essere sicuri che le copie di particelle di materia e di antimateria, nel corso dell’esperimento, venivano create tramite fotoni reali, i ricercatori hanno eseguito approfondite analisi dei modelli di distribuzione angolare di ogni elettrone rispetto all’omologo positrone. “Abbiamo anche misurato tutta l’energia, le distribuzioni di massa e i numeri quantici dei sistemi. Sono coerenti con i calcoli teorici per ciò che accadrebbe con i fotoni reali”, spiega Daniel Brandenburg, ricercatore del Brookhaven Lab che ha partecipato allo studio.[1]

Dimostrato anche fenomeno della birifrangenza

Ma non è l’unico risultato che hanno raggiunto i ricercatori: questi ultimi hanno anche dimostrato che la luce che attraversa un campo magnetico nel vuoto tende a piegarsi a seconda del livello di polarizzazione della stessa luce. Questo fenomeno, noto anche come birifrangenza, accade però solo con determinati materiali. È la prima volta che gli scienziati mostrano che la luce si piega nel vuoto in una maniera che dipende dalla polarizzazione.

Note e approfondimenti

  1. Collisions of Light Produce Matter/Antimatter from Pure Energy | BNL Newsroom (IA)
  2. Phys. Rev. Lett. 127, 052302 (2021) – Measurement of ${e}^{+}{e}^{\ensuremath{-}}$ Momentum and Angular Distributions from Linearly Polarized Photon Collisions (IA) (DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.052302)

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