Scienziati britannici hanno scoperto che la luce può “generarsi spontaneamente” in prossimità di grandi stelle di neutroni e buchi neri a causa delle interazioni quantistiche tra il vuoto ei raggi cosmici che la attraversano. I loro risultati sono stati presentati sulla rivista Physical Review Letters.
Oggi gli scienziati credono che il vuoto, contrariamente alle nostre convinzioni comuni, non sia l'incarnazione del vuoto assoluto e solo uno spazio vuoto. Rappresenta, in accordo con le leggi della fisica quantistica, un "mare" costantemente agitato di un numero infinito di coppie di particelle virtuali e antiparticelle costantemente nate e autodistruttive. La loro interazione, secondo i fisici, dovrebbe avere un effetto speciale sul comportamento degli atomi e della luce.
Ad esempio, questo "mare" quantistico dovrebbe avere un effetto speciale sulla polarizzazione della luce in presenza di forti campi magnetici, facendola dividere e polarizzare nello stesso modo in cui si comporta la luce in alcuni cristalli, facendola dividere in due fasci. Gli scienziati hanno parlato dell'esistenza di un tale effetto dagli anni Trenta del secolo scorso, ma non sono stati in grado di registrarlo fino ad ora.
Oggi gli astronomi stanno cercando di trovare le tracce della sua esistenza osservando i segnali radio e altri tipi di radiazioni emanate dalle pulsar, "stelle morte" con campi magnetici estremamente potenti.
Noble ei suoi colleghi hanno scoperto un'altra curiosa manifestazione di come un "mare" di particelle inesistenti che abitano il vuoto del vuoto possa manifestarsi nel mondo reale, analizzando cosa accade alle particelle cariche che passano in prossimità di "stelle morte".
Gli scienziati hanno attirato l'attenzione sul fatto che le fluttuazioni quantistiche del vuoto e i potenti campi magnetici delle pulsar influenzeranno non solo il comportamento delle particelle di luce, ma in un modo speciale "rallenteranno" il movimento dei vari raggi cosmici, accelerati a velocità prossime alla luce.
Questo processo, spiega Noble, sarà essenzialmente molto simile a un curioso effetto scoperto dai fisici sovietici quasi cento anni fa. Già nel 1934, Pavel Cherenkov e Sergei Vavilov hanno notato, mentre sperimentavano con la radiazione gamma, che quando entra in un liquido, provoca un bagliore debole ma chiaramente evidente in esso dovuto al fatto che i raggi gamma eliminano gli elettroni e li accelerano a velocità superiori alla velocità della luce in acqua.
Per molto tempo i fisici non credevano che la radiazione Cherenkov potesse sorgere nel vuoto, poiché la velocità della luce in essa non può essere superata. I calcoli dei fisici britannici mostrano che questa regola viene violata quando un raggio cosmico o un raggio di particelle accelerate colpisce le vicinanze di una pulsar o un impulso luminoso di un laser super potente.
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In quest'ultimo caso, come notano i fisici, è necessario costruire un laser estremamente potente in grado di accelerare gli elettroni ad energie superiori a 1,3 teraelettronvolt, cosa che finora solo i collisori più potenti possono fare. Tali sorgenti luminose, ammette Noble, non saranno costruite nemmeno in un lontano futuro.
Per questo motivo, gli scienziati propongono di cercare tracce dell'esistenza di questo fenomeno in prossimità delle pulsar, i cui campi magnetici sono circa cinque ordini di grandezza più forti di quei campi elettrici che generano i laser più potenti esistenti o in costruzione.
Secondo gli autori dell'articolo, quasi tutti i raggi gamma ad alta energia emanati da pulsar millisecondi possono essere generati da interazioni quantistiche simili tra il vuoto e i raggi cosmici ad alta energia.
Si può trovare questa luce "spontanea"? Secondo Noble e i suoi colleghi, gli astrofisici potrebbero aver già rilevato tracce della sua esistenza. Il fatto è che nel 2009 il telescopio a raggi gamma Fermi ha mostrato che il centro della Via Lattea produce una quantità insolitamente grande di radiazioni gamma, la cui luminosità nella parte ad alta energia dello spettro ha superato significativamente i valori teoricamente previsti.
Quindi gli scienziati pensarono che il decadimento delle particelle di materia oscura potesse averlo generato, ma in seguito gli astronomi ne dubitarono, non avendo trovato un tale eccesso di radiazioni nella galassia vicina, la Nebulosa di Andromeda. I fisici britannici presumono che sia stato generato non da questa sostanza invisibile, ma dal fenomeno che hanno scoperto.
