Gli scienziati sono riusciti a prendere energia pura e creare materia e nuova fisica

E = mcpuò essere l’equazione più quotidiana in fisica. Tutti ne hanno sentito parlare ed è stato dimostrato più e più volte. Hai convertito la massa in energia? Vai a dirlo alle stelle, la cui luce è generata dalla massa persa durante la fusione nucleare.

Ma c’è un altro modo per immaginare questa equazione fondamentale.

“Puoi effettivamente guardare questo processo da entrambi i lati”, dice Daniel Brandenburg, fisico del Brookhaven National Laboratory Inverso.

“Nel nostro caso, abbiamo voluto prendere la luce e convertirla in materia”.

Che si scopre è molto meno banale.

dieci il suo 143esimo compleanno, Inverso celebra il fisico più iconico del mondo e interroga il mito del suo genio. benvenuto a Settimana Einstein.

Brandenburg è un membro della collaborazione STAR, un gruppo di oltre 700 scienziati provenienti da 15 paesi che utilizzano il Relativistic Heavy Ion Collider di BNL, o RHIC (pronunciato “Rick”), per distruggere i nuclei d’oro insieme al 99,995 percento della velocità della luce .

Per questo esperimento, i ricercatori erano più interessati ai quasi incidenti che ai colpi. I fotoni ad altissima energia circondano i nuclei d’oro come un’aura e le aure si scontrano quando i nuclei si ingrandiscono l’uno sull’altro. Quando i fotoni (particelle di luce; energia pura e priva di massa) entrano in collisione, generano un elettrone e un positrone, la sua controparte di antimateria, entrambe particelle che hanno una massa. Questo è noto come il processo Breit-Wheeler.

“La parte che rende così difficile ottenere il processo Breit-Wheler è ottenere foto che abbiano abbastanza energia”, spiega Brandenburg. “Abbiamo varcato questa soglia in cui possiamo convertire le foto in una vera coppia elettrone-positrone. Ed è qui che possiamo davvero ottenere ciò di cui parlava Einstein, dove prendiamo l’energia dalle foto”.

La connessione di Einstein

E = mc è una conseguenza della teoria della relatività speciale di Albert Einstein, che afferma che la velocità di un oggetto influenza il modo in cui sperimenta lo spazio e il tempo parente ad altri oggetti. (La sua teoria della relatività generale aggiunge la gravità al mix.) Circa due decenni dopo il fondamentale articolo di Einstein del 1905 sull’argomento, due fisici teorici, Gregory Breit e John Wheeler, presero la sua ormai famosa e accettata equazione e dedussero i requisiti per trasformare la luce in questione.

“Tutti credevano che questo processo esistesse”, afferma Zhangbu Xu, un fisico della BNL ed ex capogruppo e portavoce della collaborazione STAR.

“Ma nessuno è mai stato in grado di dimostrarlo”.

Xu dice Inverso che se Einstein fosse vivo oggi, “a questo punto probabilmente direbbe: ‘Ehi, cos’altro ti aspetti?'”

Rafael Alves Batista è d’accordo. Alves Batista è un ricercatore presso l’Istituto di Fisica Teorica dell’Università Autonoma di Madrid che studia l’astrofisica dei fotoni ad alta energia e non è stato coinvolto nello studio.

“Il fatto che non vediamo i raggi gamma da una distanza maggiore di una data distanza ci dice già che esiste il… processo Breit-Wheeler”, dice Alves Batista Inverso. Questo perché la luce ad alta energia proveniente da molto lontano nell’universo viene intercettata attraverso collisioni con altri fotoni, rendendola invisibile ai rilevamenti qui sulla Terra.

“Tuttavia, quello che stanno facendo deve essere fatto”, ha detto, “perché potrebbe esserci qualche deviazione di una previsione”.

Brandenburg afferma che la previsione e l’esperimento “si sovrappongono così perfettamente che puoi a malapena vedere la curva dai dati”. Ciò rafforza ulteriormente l’attuale comprensione di come funziona l’universo su piccola e grande scala.

Rendere possibile la nuova fisica

“Siamo davvero su questa soglia in cui è finalmente possibile e, anche per noi, è appena possibile a questo punto”, afferma Brandenburg, parlando del fatto che questo esperimento ha richiesto quasi 90 anni di progressi tecnologici.

Una delle principali scoperte è stata che i ricercatori hanno osservato che la luce polarizzata è divisa in percorsi diversi dai campi magnetici molto forti che circondano i nuclei d’oro.

“Non si tratta solo di provare il processo Breit-Wheeler”, afferma Xu, “ma il fatto che possiamo dimostrare che quei fotoni sono polarizzati e come possiamo effettivamente misurare quella polarizzazione stessa”.

Ciò ha permesso di utilizzare la luce polarizzata per studiare il campo magnetico attorno a nuclei altamente carichi e per comprendere meglio la fisica dei nuclei atomici.

“Come appare il nucleo ad alte energie è ancora molto senza risposta”, spiega Brandenberg. “E con questa scoperta, abbiamo sviluppato una tecnica completamente nuova.”

Questa tecnica sarà fondamentale per il collisore di ioni pesanti di prossima generazione, l’Electron-Ion Collider di BNL. La collaborazione STAR ha contribuito alla progettazione dell’EIC, che dovrebbe entrare in linea intorno al 2030.

Per Brandenberg, “Penso che probabilmente le cose che accadranno nei prossimi 10-20 anni inizieranno a spingere maggiormente la nostra comprensione perché stiamo entrando in questo regime in cui la teoria non è così ben compresa”.

dieci il suo 143esimo compleanno, Inverso celebra il fisico più iconico del mondo e interroga il mito del suo genio. benvenuto a Settimana Einstein.

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