Ricreati gli effetti estremi del vuoto quantistico

AGI - Realizzate le prime simulazioni tridimensionali in tempo reale di come intensi raggi laser possano alterare il vuoto quantistico, uno stato che la fisica quantistica descrive come popolato da coppie virtuali elettrone-positrone.

A condurre lo studio è stata una squadra di ricerca guidata dalla dottoranda Zixin (Lily) Zhang, del Dipartimento di Fisica dell'Università di Oxford, in collaborazione con Luis Silva, dell'Instituto Superior Técnico dell’Università di Lisbona, che è anche Visiting Professor presso Oxford. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Communications Physics.

Utilizzando modelli computazionali avanzati con il software OSIRIS, il gruppo ha ricreato il fenomeno di miscelazione a quattro onde nel vuoto, in cui tre impulsi laser focalizzati polarizzano queste coppie virtuali, facendo rimbalzare i fotoni l’uno sull’altro e generando un quarto raggio laser con caratteristiche uniche di direzione e colore. Il processo è descritto come "luce dall’oscurità" e rappresenta un effetto quantistico finora osservato solo teoricamente.

Verso esperimenti con laser ultrapotenti

Le simulazioni forniscono dettagli fondamentali per la progettazione di esperimenti con laser ad altissima potenza, come quelli previsti presso strutture internazionali di punta: il Vulcan 20-20 nel Regno Unito, l’Extreme Light Infrastructure in Europa e le strutture cinesi SEL e SHINE. Questi impianti potrebbero confermare sperimentalmente la diffusione fotone-fotone, un fenomeno quantistico estremamente raro e difficile da osservare.

La prima autrice, Zixin Zhang, sottolinea come il modello permetta di catturare l’intera gamma di firme quantistiche e di analizzare in dettaglio le regioni di interazione e le scale temporali coinvolte, aprendo la strada a scenari più complessi e a nuove configurazioni di fasci laser.

Nuove frontiere: materia oscura e particelle ipotetiche

Peter Norreys, dell’Università di Oxford, evidenzia l’importanza del lavoro come passo cruciale verso la conferma sperimentale di effetti quantistici finora solo teorici. Silva aggiunge che il metodo computazionale sviluppato faciliterà la pianificazione di esperimenti laser ad alta energia e potrebbe contribuire alla ricerca di particelle ipotetiche come assoni e particelle millicariche, potenziali candidati per la materia oscura.

In sintesi, questo studio rappresenta un avanzamento significativo nella fisica fondamentale, combinando modelli numerici all’avanguardia con la prospettiva di verifiche sperimentali imminenti, grazie a nuove infrastrutture laser di potenza estrema.