Quarant'anni fa, Il fisico canadese Bill Unruh ha fatto una previsione sorprendente sulla teoria quantistica dei campi. Conosciuto come effetto Unruh, la sua teoria prevedeva che un osservatore in accelerazione sarebbe stato immerso nella radiazione del corpo nero, mentre un osservatore inerziale non sarebbe esposto a nessuno. Quale modo migliore per celebrare il 40° anniversario di questa teoria se non considerare come potrebbe influenzare gli esseri umani che tentano di viaggiare nello spazio relativistico?

Tale era l'intento dietro un nuovo studio condotto da un team di ricercatori di San Paolo, Brasile. In sostanza, considerano come l'effetto Unruh potrebbe essere confermato utilizzando un semplice esperimento che si basa sulla tecnologia esistente. Non solo questo esperimento dimostrerebbe una volta per tutte se l'effetto Unruh è reale, potrebbe anche aiutarci a pianificare il giorno in cui il viaggio interstellare diventerà realtà.

Per dirla in parole povere, La teoria della relatività di Einstein afferma che il tempo e lo spazio dipendono dal sistema di riferimento inerziale dell'osservatore. Coerente con questo è la teoria che se un osservatore viaggia a velocità costante attraverso il vuoto vuoto, troveranno che la temperatura di detto vuoto è zero assoluto. Ma se dovessero cominciare ad accelerare, la temperatura dello spazio vuoto diventerebbe più calda.

Questo è ciò che William Unruh – un teorico della University of British Columbia (UBC), Vancouver – affermato nel 1976. Secondo la sua teoria, un osservatore in accelerazione nello spazio sarebbe soggetto a un "bagno termico" – cioè fotoni e altre particelle – che si intensificherebbe quanto più accelerassero. Sfortunatamente, nessuno è mai stato in grado di misurare questo effetto, poiché non esiste alcun veicolo spaziale in grado di raggiungere il tipo di velocità necessaria.

Per il bene del loro studio, che è stato recentemente pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica sotto il titolo "Osservazione virtuale dell'effetto Unruh" - il team di ricerca ha proposto un semplice esperimento per testare l'effetto Unruh. Guidato da Gabriel Cozzella dell'Istituto di Fisica Teorica (IFT) dell'Università Statale di San Paolo, sostengono che questo esperimento risolverebbe il problema misurando un fenomeno elettromagnetico già compreso.

Essenzialmente, sostengono che sarebbe possibile rilevare l'effetto Unruh misurando ciò che è noto come radiazione di Larmor. Questo si riferisce all'energia elettromagnetica che viene irradiata lontano da particelle cariche (come elettroni, protoni o ioni) quando accelerano. Come affermano nel loro studio:

"Una strategia più promettente consiste nel cercare le impronte digitali dell'effetto Unruh nelle radiazioni emesse dalle cariche accelerate. Le cariche accelerate dovrebbero reagire a causa dell'emissione di radiazioni, tremando di conseguenza. Un tale tremito sarebbe naturalmente interpretato dagli osservatori di Rindler come conseguenza dell'interazione di carica con i fotoni del bagno termale di Unruh".

Come descrivono nel loro articolo, questo consisterebbe nel monitorare la luce emessa dagli elettroni all'interno di due sistemi di riferimento separati. Nel primo, noto come "frame accelerante", gli elettroni vengono lanciati lateralmente attraverso un campo magnetico, che farebbe muovere gli elettroni secondo uno schema circolare. Nel secondo, la "cornice da laboratorio", viene applicato un campo verticale per accelerare gli elettroni verso l'alto, costringendoli a seguire un percorso simile a un cavatappi.

Nel quadro in accelerazione, Cozzella e i suoi colleghi ipotizzano che gli elettroni incontrerebbero la "nebbia di fotoni", dove entrambi li irradiano e li emettono. Nella cornice del laboratorio, gli elettroni si surriscaldano una volta applicata l'accelerazione verticale, facendo sì che mostrino un eccesso di fotoni a lunghezza d'onda lunga. Però, questo dipenderebbe dalla "nebbia" esistente nel frame accelerato per cominciare.

In breve, questo esperimento offre un semplice test che potrebbe determinare se esiste o meno l'effetto Unruh, che è qualcosa che è stato contestato sin da quando è stato proposto. Una delle bellezze dell'esperimento proposto è che potrebbe essere condotto utilizzando acceleratori di particelle ed elettromagneti attualmente disponibili.

Dall'altra parte del dibattito c'è chi sostiene che l'effetto Unruh sia dovuto a un errore matematico commesso da Unruh e dai suoi colleghi. Per quegli individui, questo esperimento è utile perché smentirebbe efficacemente questa teoria. Indipendentemente, Cozzella e il suo team sono fiduciosi che l'esperimento proposto darà risultati positivi.

"Abbiamo proposto un semplice esperimento in cui la presenza del bagno termale di Unruh è codificata nella radiazione di Larmor emessa da una carica accelerata, " affermano. "Allora, abbiamo effettuato un semplice calcolo di elettrodinamica classica (controllato da una teoria quantistica dei campi) per confermarlo da soli. A meno che non si metta in discussione l'elettrodinamica classica, i nostri risultati devono essere virtualmente considerati come un'osservazione dell'effetto Unruh."

Se gli esperimenti dovessero avere successo, e l'effetto Unruh è dimostrato di esistere, avrebbe certamente conseguenze per eventuali future missioni nello spazio profondo che si basano su sistemi di propulsione avanzati. Tra il progetto Starshot, e qualsiasi missione proposta che implichi l'invio di un equipaggio in un altro sistema stellare, dovranno essere presi in considerazione gli effetti aggiuntivi di una "nebbia di fotoni" e di un "bagno termale".