Prima osservazione della radiazione di Hawking

Da qualche tempo, gli astronomi stanno scrutando i cieli alla ricerca di segni della radiazione di Hawking. Finora, hanno escogitato niente.

Oggi sembra che siano stati battuti sul tempo da un gruppo di fisici che affermano di aver creato la radiazione di Hawking nel loro laboratorio. Questi ragazzi ritengono di poter produrre radiazioni di Hawking in un modo ripetibile e non ambiguo, confermando finalmente la previsione di Hawking. Ecco come lo hanno fatto.

I fisici hanno capito da tempo che su scala più piccola, lo spazio è pieno di una mischia ribollente di particelle che saltano dentro e fuori dall'esistenza. Queste particelle si formano come coppie particella-antiparticella e si annichilano rapidamente, restituendo la loro energia al vuoto.

La previsione di Hawking è nata pensando a cosa potrebbe accadere alle coppie di particelle che si formano ai margini di un buco nero. Si rese conto che se uno dei due avesse attraversato l'orizzonte degli eventi, non sarebbe mai potuto tornare. Ma il suo partner dall'altra parte sarebbe libero di andare.

A un osservatore sembrerebbe che il buco nero stia producendo un flusso costante di particelle quantistiche, che divenne noto come radiazione di Hawking.

Da allora, altri fisici hanno sottolineato che i buchi neri non sono l'unico luogo in cui possono formarsi gli orizzonti degli eventi. Qualsiasi mezzo in cui viaggiano le onde può supportare un orizzonte degli eventi e, in teoria, dovrebbe essere possibile vedere la radiazione di Hawking anche in questi mezzi.

Oggi, Franco Belgiorno dell'Università degli Studi di Milano e alcuni compagni affermano di aver prodotto la radiazione di Hawking sparando un intenso impulso laser attraverso un cosiddetto materiale non lineare, cioè quello in cui la luce stessa modifica l'indice di rifrazione del mezzo.

Mentre l'impulso si muove attraverso il materiale, così fa anche il cambiamento dell'indice di rifrazione, creando una sorta di onda ad arco in cui l'indice di rifrazione è molto più alto del materiale circostante.

Questo aumento dell'indice di rifrazione fa sì che la luce che si dirige verso di esso rallenti. Scegliendo le condizioni appropriate, è possibile fermare le onde luminose, dicono Belgiono e co. Questo crea un orizzonte oltre il quale la luce non può penetrare, quello che i fisici chiamano orizzonte degli eventi del buco bianco, l'inverso di un buco nero.

I buchi bianchi non sono così diversi dai buchi neri (in effetti Hawking sostiene che sono formalmente equivalenti). E non è difficile immaginare cosa succede alle coppie di particelle che si formano in questo tipo di orizzonte. Se uno dei due attraversa l'orizzonte, non può fare progressi e rimane intrappolato. L'altro è libero di andare. Quindi l'orizzonte dovrebbe sembrare che stia generando particelle quantistiche.

È questa radiazione che Belgiorno e compagni dicono di aver visto guardando di lato mentre un impulso laser a infrarossi ad alta potenza attraversa un pezzo di silice fusa. Il loro impulso ha una frequenza di 1055 nm ma la luce che vedono emessa ad angolo retto ha una lunghezza d'onda di circa 850 nm.

Naturalmente, la grande domanda è se la luce emessa è generata da qualche altro meccanismo come la radiazione Cerenkov, la diffusione o, in particolare, la fluorescenza che è la più difficile da escludere.

Tuttavia, Belgiorno e compagni dicono di poter escludere tutte queste fonti di luce per le radiazioni che vedono. In particolare, affermano che la luce fluorescente è ben caratterizzata e che differisce in vari modi significativi dalle emissioni che vedono. Pertanto, devono vedere le radiazioni di Hawking, concludono.

Questa è un'affermazione sbalorditiva e che molti fisici vorranno versare prima di stappare qualsiasi tappo di champagne.

Perché è importante? Una ragione è che la radiazione di Hawking è l'unico modo conosciuto in cui i buchi neri possono evaporare e quindi una prova della sua esistenza avrà effetti profondi per la cosmologia e il modo in cui finirà l'universo.

E ora che è stato osservato una volta, aspettati un'ondata di altri annunci mentre i ricercatori si affrettano a ripetere il risultato.

Rif: arxiv.org/abs/1009.4634 : Radiazione di Hawking da filamenti di impulsi laser ultracorti

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