La Cina sta costruendo un laser in grado di produrre 100 quadrilioni di watt, circa 50.000 volte il consumo totale di energia del pianeta, una luce così intensa da eguagliare la quantità di energia che la nostra Terra riceve dal Sole.
Stazione di Luce Estrema
Al centro della Shanghai Superintense Ultrafast Laser Facility (SULF), che entrerà in funzione nel 2025, c’è un singolo cilindro di zaffiro drogato al titanio della larghezza di un frisbee. Dopo aver acceso la luce nel cristallo e averla deviata attraverso un sistema di lenti e specchi, il SULF la distilla in impulsi di potenza sbalorditiva, raggiungendo un valore senza precedenti di 5,3 milioni di miliardi di watt, o petawatt (PW), ha riferito Science.
In fisica, l’equazione della potenza è l’energia divisa per il tempo. Riducendo il tempo a un quadrilionesimo di secondo, gli scienziati possono creare un’enorme potenza con poca energia.
Svelare la “strana proprietà quantistica dello spazio vuoto”
Uno degli obiettivi principali è utilizzare il laser per svelare la “strana proprietà quantistica dello spazio vuoto, che ha sconcertato gli scienziati per più di 80 anni”, ha affermato il fisico Ruxin Li.
“Normalmente, un vuoto è pensato come completamente vuoto, ma nell’elettrodinamica quantistica è in realtà pieno di particelle virtuali che appaiono e svaniscono continuamente”, ha detto.
“Tuttavia, un campo elettrico e magnetico estremamente forte può influenzare questo spazio e la luce che lo attraversa. Quindi il vuoto può effettivamente comportarsi come un prisma o come occhiali da film 3D”.
Gli scienziati hanno solo avuto un assaggio di questo strano fenomeno osservando le stelle di neutroni, che sono i densi nuclei rimanenti di stelle massicce e hanno campi magnetici miliardi di volte più forti di quello del sole.
Ma queste stelle sono spesso distanti anni luce, il che le rende estremamente difficili da studiare con precisione. “Ora, per la prima volta, possiamo creare direttamente e quindi misurare le proprietà quantistiche del vuoto sulla terra usando il laser”, ha detto Li.
“La Stazione di Luce Estrema diventerà una piattaforma unica e preziosa per gli scienziati di tutto il mondo, dalla fisica alla medicina, per cooperare e studiare”, ha affermato Li.
I ricercatori stanno aggiornando il loro laser e sperano di battere il proprio record con un colpo da 10 PW, che racchiuderebbe più di 1000 volte la potenza di tutte le reti elettriche del mondo messe insieme.
Estremi che normalmente non si trovano sulla Terra
Nel 2018, all’interno di un angusto laboratorio a Shanghai, in Cina, il fisico Ruxin Li e colleghi hanno iniziato a costruire un laser da 100 PW noto come Station of Extreme Light (SEL). Entro il 2023, potrebbe lanciare impulsi in una camera a 20 metri sotto terra, sottoponendo i bersagli a temperature e pressioni estreme che normalmente non si trovano sulla Terra, un vantaggio sia per gli astrofisici che per gli scienziati dei materiali.
Secondo il programma esistente, la struttura sarà completata nel 2025 e quindi aperta all’utenza. In questo progetto sarà sviluppato un impianto laser da 100 PW, in grado di fornire un’intensità focalizzata di oltre 1024 Watt per centimetro quadrato.
Questo laser funzionerà con un raggio X duro per esperimenti con sonda a pompa, come la verifica sperimentale del fenomeno di birifrangenza del vuoto osservato attorno ad alcune stelle di neutroni per cui i loro campi magnetici estremi possono eccitare particelle virtuali che polarizzano la luce che passa attraverso uno spazio altrimenti vuoto.
“Rompere il vuoto” – la famosa equazione E=mc^2 di Einstein
Il laser, riferisce Edwin Cartlidge di Science, potrebbe anche alimentare dimostrazioni di un nuovo modo per accelerare le particelle da utilizzare in medicina e fisica delle alte energie. Ma la cosa più allettante, dice Li, sarebbe mostrare che la luce potrebbe strappare elettroni e le loro controparti di antimateria, i positroni, dallo spazio vuoto, un fenomeno noto come “rottura del vuoto“.
Sarebbe un’illustrazione sorprendente che materia ed energia sono intercambiabili, come afferma la famosa equazione E=mc^2 di Albert Einstein.
Sebbene le armi nucleari attestino la conversione della materia in immense quantità di calore e luce, fare il contrario non è così facile. Ma Li dice che la SEL è all’altezza del compito. “Sarebbe molto eccitante”, afferma. “Vorrebbe dire che potresti generare qualcosa dal nulla.”
“Fisica completamente nuova”
Secondo Science, all’aumentare dell’intensità del raggio, aumenta anche la forza del suo campo elettrico. A intensità di circa 1024 Watt per centimetro quadrato, il campo sarebbe abbastanza forte da iniziare a rompere l’attrazione reciproca tra alcune delle coppie elettrone-positrone, afferma Alexander Sergeev, ex direttore dell‘Istituto di fisica applicata dell’Accademia russa delle scienze (RAS).
Il campo laser scuoterebbe le particelle, facendole emettere onde elettromagnetiche, in questo caso raggi gamma. I raggi gamma, a loro volta, genererebbero nuove coppie elettrone-positrone e così via, determinando una valanga di particelle e radiazioni che potrebbero essere rilevate.
“Questa sarà una fisica completamente nuova“, afferma Sergeev, aggiungendo che i fotoni dei raggi gamma sarebbero abbastanza energetici da spingere i nuclei atomici in stati eccitati, inaugurando un nuovo ramo della fisica noto come “fotonica nucleare“, l’uso di luce intensa per controllare i processi nucleari.
