Osservata in laboratorio la "radiazione di Hawking"

La radiazione di Hawking è una radiazione termica che si ritiene sia emessa dai buchi neri attraverso meccanismi di natura quantistica, nonostante la...

La radiazione di Hawking è una radiazione termica che si ritiene sia emessa dai buchi neri attraverso meccanismi di natura quantistica, nonostante la velocità di fuga di questi oggetti sia superiore a quella della luce, un limite insuperabile. Ne conseguirebbe una perdita di massa del buco nero e la sua “evaporazione”. Deve il suo nome al fisico britannico Sthephen Hawking, che nel 1974 ha dimostrato a livello teorico la sua esistenza, ma, nonostante i numerosi tentativi fatti per rilevarla, finora non ne era stata trovata traccia.

 
Rappresentazione artistica di un buco nero.

Adesso, un gruppo di ricercatori italiani coordinati da Francesco Belgiorno, dell'Università di Milano, ha osservato in laboratorio qualcosa che assomiglia fortemente a questa radiazione proveniente da un analogo dell'orizzonte degli eventi di un buco nero.
Come spiegano nell'articolo che riporta i risultati del loro studio, l'ingrediente principale della radiazione di Hawking non è costituito dal buco nero in sé, ma dalla curvatura dello spazio-tempo associata al suo "orizzonte degli eventi". L'orizzonte degli eventi segna il confine da cui la luce non può sfuggire.
Una coppia di particelle che si formi dal vuoto in corrispondenza dell'orizzonte degli eventi del buco nero si dividerà in modo che il fotone più interno ricadrà sul buco nero, mentre quello più esterno gli sfuggirà, acquisendo energia a spese del buco nero stesso e liberandosi dalla sua morsa. Se questo meccanismo è sufficientemente efficiente, si genera abbastanza luce da essere rilevabile anche a grande distanza, ed è esattamente questo che Hawking ha previsto.
Finora, però, non c'è stato modo di osservare questa luce nello spazio, e per dimostrare la validità della teoria si è recentemente tentato di riprodurla in esperimenti di laboratorio, che finora erano risultati infruttuosi. La presenza di un orizzonte degli eventi non è d'altra parte un'esclusiva dei buchi neri, ma si presenta anche in altri sistemi fisici, in particolare quando ci si trova di fronte a una "perturbazione dell'indice di rifrazione" (RIP) variabile in un mezzo dielettrico.
Il team di Belgiorno e collaboratori ha perciò messo a punto un esperimento in cui è stato illuminato un pezzo di vetro con un potentissimo raggio laser infrarosso, i cui brevissimi impulsi (ad una lunghezza d'onda di 1.055 nanometri) hanno un'intensità trilioni di volte superiore a quella della luce solare. Quando il raggio laser colpisce il vetro ne altera l'indice di rifrazione, aumentandolo in tale misura che la luce presente nel punto colpito viene rallentata e costretta a rimanere entro la minuscola area irradiata con il laser. Il "perimetro" di tale area si comporta come l'orizzonte degli eventi di un buco nero e se un fotone riesce a sfuggire genera la "luce di Hawking", in questo caso a lunghezze d'onda prevedibili (attorno a 300 e fra 850 e 900 nanometri) perché dipendenti dalla quantità di energia trasportata dal fascio laser. Ed è quella la luce rilevata dal team di Milano.
Non tutti i ricercatori del settore ritengono che la luce di Hawking prodotta in laboratorio sia equivalente a quella generata da un buco nero, dove oltre alla meccanica quantistica gioca un ruolo fondamentale la gravità, ma comunque un importante passo avanti è stato compiuto.
Se ulteriori esperimenti confermeranno i risultati ottenuti, con queste osservazioni i fisici hanno mostrato che è possibile studiare la fisica dell'evaporazione dei buchi neri in altri sistemi che siano più accessibili.
29 Settembre 2010 | Mario Di Martino