Spazio

Il vuoto non è proprio “vuoto”

Un team di astronomi italiani ha ottenuto le prove sperimentali che confermano una teoria della fisica quantistica avanzata più di 80 anni fa

The polarisation of light emitted by a neutron star

Angelo Piemontese

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Il vuoto assoluto, cioè la totale mancanza di qualsiasi cosa nello spazio, quello che si trova nei remoti anfratti del cosmo per intenderci, può modificare il comportamento della luce?

Ovviamente non dovrebbe, dato che il nulla cosmico, essendo appunto per definizione privo di materia, non contiene particelle che possano interagire con alcunché, luce compresa.

La teoria dei padri della fisica quantistica

Eppure, da più di ottant’anni, è annoverata negli annali delle pubblicazioni scientifiche una teoria, a firma nientemeno che dei più illustri fisici che hanno formulato le leggi della meccanica quantistica negli anni ’30 del secolo scorso, che prevede un bizzarro effetto del vuoto, chiamato birifrangenza, in grado di influenzare la propagazione nello spazio della luce visibile.

Finora questa teoria, rimasta nei cassetti per decenni, non era mai stata dimostrata. Finché un gruppo di astronomi guidati da Roberto Mignani dell'INAF-IASF di Milano e dell'Università di Zielona Gora in Polonia ha puntato il potente occhio del telescopio VLT dell'ESO all'Osservatorio del Paranal in Cile su una stella di neutroni lontana quattrocento anni luce.

La massa di dieci stelle come il Sole in una sfera larga quanto Milano

Le stelle di neutroni sono ciò che resta dopo l’esplosione, al termine della loro vita “normale”, di stelle molto massicce, più di dieci volte il Sole. Dopo che hanno espulso con estrema violenza gran parte della materia che li avvolge, questi astri si condensano in un corpo celeste di soli venti chilometri di diametro.

Il risultato di così tanta materia stipata in questo spazio ristrettissimo è la disgregazione degli atomi che la compongono: i neutroni, particelle senza carica elettrica, formano il nucleo della stella, mentre elettroni e protoni, con cariche elettriche negative e positive rispettivamente, si piazzano all’esterno formando un plasma che avvolge il corpo celeste.

A sua volta quest’ultimo crea un campo magnetico di intensità elevatissima, centinaia di miliardi più forte di quello che sulla Terra fa girare gli aghi delle bussole.

Ebbene, gli astronomi hanno visto che tale campo magnetico riesce a modificare le proprietà del vuoto attorno alla stella di neutroni, polarizzando la debole luce emessa dall’astro.

La luce interagisce col vuoto

In pratica i raggi di luce, che altro non sono che onde elettromagnetiche, si dispongono in modo “ordinato”, cioè, per dirla alla maniera dei fisici, il campo elettrico dell’onda oscilla lungo il piano di propagazione dell’onda stessa nello spazio.

Sembra un concetto astruso, ma nella pratica quotidiana è diffusissimo: basti pensare ai filtri polarizzatori degli occhiali scuri, che non fanno altro che lasciar passare solo la luce disposta in una certa direzione, quella polarizzata appunto, evitando così, per esempio, il riflesso del sole sull’acqua o sulla neve.

“Un vuoto fortemente magnetizzato si comporta come un prisma per quanto riguarda la propagazione della luce” spiega Mignani “proprio come predetto nella teoria dell’elettrodinamica quantistica, quella cioè che descrive l'interazione tra le particelle”.

Strumenti potenti per catturare la flebile luce degli astri

E gli astronomi hanno osservato questo effetto, la polarizzazione della luce da parte del vuoto, proprio per la prima volta scrutando con il VLT la stella di neutroni in questione.

Impresa ardua, dato che queste stelle emettono pochissima luce visibile: solo grazie alla sofisticata e precisissima tecnologia dello strumento impiegato è stato possibile catturare anche la debole luce dell’astro.

Dunque adesso sappiamo che anche il vuoto può in qualche modo interagire con le onde elettromagnetiche, se permeato da un intenso campo magnetico.

E con i nuovi super telescopi presto disponibili i fisici potranno verificare questa proprietà del “nulla” anche sui raggi X, per avere la conferma definitiva della teoria.

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