Le particelle che viaggiano nello spazio vuoto possono emettere lampi luminosi di raggi gamma interagendo con il vuoto quantistico, secondo un nuovo studio condotto da ricercatori dell'Università di Strathclyde.

È noto da tempo che le particelle cariche, come elettroni e protoni, producono l'equivalente elettromagnetico di un boom sonico quando la loro velocità supera quella dei fotoni nel mezzo circostante. Questo effetto, nota come emissione di Cherenkov, è responsabile del caratteristico bagliore blu dell'acqua in un reattore nucleare, e viene utilizzato per rilevare le particelle al Large Hadron Collider del CERN.

Secondo Einstein, niente può viaggiare più veloce della luce nel vuoto. A causa di ciò, di solito si presume che l'emissione di Cherenkov non possa avvenire nel vuoto. Ma secondo la teoria quantistica, il vuoto stesso è pieno di "particelle virtuali", che si muovono momentaneamente dentro e fuori dall'esistenza.

Queste particelle spettrali di solito non sono osservabili ma, in presenza di campi elettrici e magnetici estremamente forti, possono trasformare il vuoto in un mezzo ottico in cui la velocità della luce viene rallentata in modo che le particelle cariche ad alta velocità possano emettere raggi gamma Cherenkov. Questo è totalmente inaspettato nel vuoto.

Un gruppo di ricercatori di fisica a Strathclyde ha scoperto che in condizioni estreme, come quello che si trova al centro dei laser più potenti del mondo, e gli enormi campi magnetici intorno alle stelle di neutroni, questo vuoto "polarizzato" può rallentare i raggi gamma quanto basta perché si verifichi l'emissione di Cherenkov. Ciò significa che i raggi cosmici di più alta energia che passano attraverso i campi magnetici che circondano le pulsar dovrebbero emettere prevalentemente radiazione Cherenkov, notevolmente in eccesso rispetto ad altri tipi come la radiazione di sincrotrone. La ricerca è stata pubblicata come suggerimento dell'editore in Lettere di revisione fisica . Faceva parte del Lab finanziato da EPSRC in un progetto Bubble guidato dal professor Dino Jaroszynski, studiare una serie di fenomeni fondamentali che si verificano nelle interazioni laser-plasma, con applicazioni nell'industria, sicurezza e medicina.

Il professor Jaroszynski ha dichiarato:"Il progetto Lab in a Bubble offre un'opportunità unica di utilizzare laser ad alta potenza per far progredire sia le conoscenze fondamentali che la tecnologia avanzata a beneficio della società". Questa è una nuova previsione molto eccitante perché potrebbe fornire risposte a domande come qual è l'origine del bagliore di raggi gamma al centro delle galassie? Anche, fornisce un nuovo modo di testare alcune delle teorie scientifiche più fondamentali spingendole ai loro limiti.

"Inoltre, darà un contributo importante alla nuova frontiera della fisica ad alto campo, reso possibile dai notevoli progressi nella tecnologia laser che hanno ottenuto il premio Nobel per la Fisica 2018."Dr. Adam Noble, che ha concepito l'idea e guidato lo sforzo di ricerca teorica, disse:Diamo per scontato che nulla possa uscire dallo spazio vuoto costituito da puro vuoto. Ma questo non è del tutto vero; la fisica quantistica moderna dice il contrario, e ci sono alcune sorprese intriganti.

"C'è un enorme sforzo internazionale per spingere in avanti i limiti della tecnologia laser. Anche se questo è guidato dalle molte applicazioni pratiche dei laser ad alta potenza, il suo successo dipenderà dalla comprensione di tutti i processi fondamentali coinvolti nelle interazioni laser-materia. Questi risultati rivelano un nuovo aspetto di questi processi".

Alessandro Macleod, che ha anche lavorato al progetto come parte del suo dottorato di ricerca. progetto, ha detto:"L'elettrodinamica quantistica è una delle teorie meglio testate in fisica, con straordinario accordo tra previsioni teoriche e dati sperimentali. Ma questo accordo è stato verificato solo in regime di campo debole. La radiazione di Cherenkov sotto vuoto offre un nuovo modo per verificare se sopravvive nel limite del campo forte".

Lab in a Bubble è un progetto guidato da Strathclyde da 4,5 milioni di sterline, Progetto finanziato da EPSRC per la produzione di "laboratori" delle dimensioni di una bolla che potrebbero potenziare il trattamento del cancro, imaging medico e processi industriali, oltre a consentire lo studio di problemi di fisica fondamentale.

I ricercatori del progetto internazionale mirano a utilizzare laser ad alta potenza per condurre esperimenti in bolle di plasma così piccole che i loro diametri sono equivalenti a un decimo della sezione trasversale di un capello umano. Il plasma forma il 99,999% della materia visibile nell'universo.