di Hayley Dunning , Imperial College London
Negli impianti laser del Regno Unito, i fisici dell’Imperial stanno testando una teoria vecchia di 84 anni che una volta si pensava fosse impossibile da dimostrare.
La teoria del processo Breit-Wheeler dice che dovrebbe essere possibile trasformare la luce in materia schiacciando due particelle di luce (fotoni) insieme per creare un elettrone e un positrone. Tuttavia, i tentativi passati di farlo hanno richiesto l’aggiunta di altre particelle ad alta energia.
I fisici dell’Imperial College di Londra, guidati dal professor Steven Rose, hanno ideato un modo di testare la teoria che non si basa su questi extra aggiunti nel 2014, e oggi è in corso un esperimento nella speranza di trasformare la luce direttamente in materia per la prima volta.
Il professor Rose ha detto: “Questa sarebbe una pura dimostrazione della famosa equazione di Einstein che mette in relazione energia e massa: E=mc2, che ci dice quanta energia viene prodotta quando la materia viene trasformata in energia. Quello che stiamo facendo è lo stesso ma al contrario: trasformare l’energia dei fotoni in massa, cioè m=E/c2.”
Il sistema coinvolge due fasci laser ad alta potenza, che vengono utilizzati per creare i fotoni di luce da frantumare insieme. Uno dei fotoni ha circa 1000 volte l’energia dei fotoni che producono la luce visibile, e l’altro ha 1.000.000.000 di volte l’energia.
I fasci laser sono focalizzati su due piccoli obiettivi separati all’interno di una camera di destinazione, che contiene un’ottica complessa usata per focalizzare i fasci laser e magneti usati per deviare le particelle cariche. Sono i positroni carichi che escono dalla collisione che il team cercherà per confermare se il processo è stato un successo.
Il team, guidato dal dottor Stuart Mangles e dal professor Rose, ha cercato in tutto il mondo un sistema laser adatto, ma ha trovato il più adatto vicino a casa: il laser Gemini al STFC Rutherford Appleton Laboratory’s Central Laser Facility vicino Oxford.
Se avranno successo, rileveranno positroni, ma dovranno intraprendere un’attenta analisi dei dati prima che questi positroni possano essere confermati come provenienti dal processo Breit-Wheeler e non da altri processi di fondo, dimostrando il successo della trasformazione della luce in materia.
Il dottor Mangles ha detto: “Quando Gregory Breit e John Wheeler proposero per la prima volta il meccanismo nel 1934, usarono l’allora nuova teoria dell’interazione tra luce e materia conosciuta come elettrodinamica quantistica (QED). Mentre ogni altra previsione fondamentale della QED è stata dimostrata sperimentalmente, il ‘processo Breit-Wheeler a due fotoni’ non è mai stato visto.
“Se possiamo dimostrarlo ora, ricreeremmo un processo che era importante nei primi 100 secondi dell’universo e che si vede anche nei lampi di raggi gamma, che sono le più grandi esplosioni dell’universo e uno dei più grandi misteri irrisolti della fisica.”
Alcuni dei rivelatori che il team utilizzerà provengono dal CERN, e il team spera di utilizzare una rete di studenti delle scuole per aiutarli ad analizzare i dati attraverso l’Istituto per la ricerca nelle scuole, di cui il professor Rose è stato uno dei fondatori.
Fornito da Imperial College London