Scienza, effetti del vuoto quantistico: prime simulazioni tridimensionali

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 farlo uno studio condotto da una squadra di ricerca guidata dalla dottoranda, Zixin (Lily) Zhang, del Dipartimento di Fisica dell’Universita’ di Oxford, in collaborazione con Luis Silva, dell’Instituto Superior Técnico dell’Universita’ di Lisbona, che e’ anche Visiting Professor presso Oxford. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Communications Physics.

Utilizzando modelli computazionali avanzati con il software OSIRIS, il gruppo di ricerca 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. Questo processo e’ descritto come “luce dall’oscurita’” e rappresenta un effetto quantistico finora osservato solo teoricamente.

Le simulazioni forniscono dettagli fondamentali per la progettazione di esperimenti con laser ultrapotenti, come quelli in arrivo presso strutture internazionali di punta, ad esempio il Vulcan 20-20 nel Regno Unito, l’Extreme Light Infrastructure in Europa e le strutture cinesi SEL e SHINE, che potrebbero confermare sperimentalmente la diffusione fotone-fotone in laboratorio, un fenomeno quantistico estremamente raro e complesso da osservare. La prima autrice, Zixin Zhang, sottolinea come il modello permetta di catturare l’intera gamma di firme quantistiche e di analizzare dettagliatamente le regioni di interazione e le scale temporali coinvolte, aprendo la strada a scenari piu’ complessi e a nuove configurazioni di fasci laser. Peter Norreys, dell’Universita’ di Oxford, evidenzia l’importanza di questo lavoro come passo cruciale verso la conferma sperimentale di effetti quantistici finora solo teorici. Inoltre, 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.