Basandosi su una delle equazioni più famose di Albert Einstein, un team di fisici afferma di aver creato per la prima volta materia dalla pura luce. Con la famosa equazione “E = mc2”, Albert Einstein sosteneva che, se si schiacciano due fotoni sufficientemente energetici, o particelle di luce, l’un l’altro, potremo creare materia sotto forma di un elettrone e dei suoi antimateria opposto, cioè un positrone.
Ma questo processo, descritto per la prima volta nel 1934 dai fisici americani Gregory Breit e John Wheeler, è stato uno dei più difficili da osservare in fisica, principalmente perché i fotoni in collisione dovrebbero essere raggi gamma altamente energetici, e gli scienziati non erano ancora in grado di fare laser a raggi gamma.
La nuova ricerca
Ora, i ricercatori del Brookhaven National Laboratory, negli Stati Uniti, credono di aver trovato una soluzione alternativa. Usando il loro Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), sono stati in grado di produrre misurazioni che si avvicinavano alle previsioni per lo strano atto di trasformazione. “Nel loro articolo scientifico, Breit e Wheeler si sono resi conto che questo è quasi impossibile da fare. I laser non esistevano ancora! Ma hanno proposto un’alternativa: accelerare gli ioni pesanti. E questa alternativa è esattamente ciò che stiamo facendo al RHIC”, ha affermato il fisico Zhangbu Xu, del laboratorio nordamericano.
Invece di accelerare direttamente i fotoni, gli scienziati hanno accelerato due ioni – nuclei atomici privi dei loro elettroni e quindi carichi positivamente – in un ampio loop , prima di farli passare l’un l’altro in una quasi collisione.
Poiché gli ioni sono particelle cariche che si muovono molto vicino alla velocità della luce, trasportano anche un campo elettromagnetico, all’interno del quale ci sono un mucchio di fotoni “virtuali” non molto reali “che viaggiano [con lo ione] come una nuvola“, ha spiegato Xu, uno degli autori dello studio pubblicato il 27 luglio sulla rivista scientifica Physical Review Letters.
Le particelle virtuali sono particelle che appaiono solo brevemente come disturbi nei campi che esistono tra le particelle reali. Non hanno le stesse masse delle loro controparti reali (a differenza di quelli reali, che non hanno massa, i fotoni virtuali hanno massa).
In questa ricerca, quando gli ioni si sono passati rapidamente l’uno contro l’altro quasi scontrandosi, le loro due nuvole di fotoni virtuali si muovevano così velocemente che si comportavano come se fossero reali. Le particelle virtuali ad azione reale si sono scontrate, producendo una coppia elettrone-positrone molto reale rilevata dagli scienziati.
Per essere una vera osservazione del processo Breit-Wheeler, o il più vero possibile usando particelle virtuali, i fisici dovevano assicurarsi che i loro fotoni virtuali si comportassero come quelli reali. Per fare ciò, hanno rilevato e analizzato gli angoli tra più di seimila coppie di elettroni-positroni prodotti nell’esperimento. Quando due particelle reali si scontrano, i sottoprodotti devono essere prodotti ad angoli diversi rispetto a quelli che sarebbero prodotti da due particelle virtuali. Ma in questo caso, i sottoprodotti delle particelle virtuali sono rimbalzati agli stessi angoli dei sottoprodotti delle particelle reali.
In questo modo, i ricercatori hanno potuto verificare che le particelle che stavano osservando si comportavano come se fossero state formate da una reale interazione. E così hanno dimostrato con successo il processo Breit-Wheeler.
Il team ha anche misurato l’energia e la distribuzione di massa dei sistemi. “Sono coerenti con i calcoli della teoria su ciò che accadrebbe ai fotoni reali“, ha affermato Daniel Brandenburg, un fisico di Brookhaven.
