Effetto Cherenkov: quando le particelle si muovono più velocemente della luce – video

In determinate circostanze, le particelle possono muoversi più velocemente della luce. Ecco cosa accade quando lo fanno

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L'effetto Cherenkov: quando le particelle si muovono più velocemente della luce - video
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La velocità della luce nel vuoto è il limite assoluto di velocità dell’universo. Nulla può andare più veloce di 300.000 chilometri al secondo, come afferma la Teoria della Relatività ristretta di Einstein, poiché sarebbe necessaria una quantità infinita di energia per farlo.

Eppure, ciò non significa che alcune particelle non possano andare più veloci della luce, nelle giuste circostanze, e quando ciò accade può verificarsi uno strano fenomeno chiamato “effetto Cherenkov“.

Attraversando l’acqua, ad esempio, la luce viene rallentata fino a 200.000 chilometri al secondo. Ok, si tratta ancora di una discreta velocità, e qualsiasi particella che desideri superarla avrebbe bisogno di 175 kiloelettronvolt di energia.

E, qualche volta, accade. Nel 1934, il fisico sovietico Pavel Cherenkov fu testimone di ciò che succede quando accade, dopo aver bombardato l’acqua con radiazioni. Una luce blu, ora nota come luce Cherenkov o radiazione Cherenkov, veniva emessa dall’acqua.

Lui e i colleghi Mikhailovich Frank e Igor Yevgenyevich Tamm capirono cosa stava causando lo strano bagliore: particelle subatomiche cariche che si muovevano più velocemente della velocità della luce (in acqua) producendo un effetto simile al boom sonico, che si verifica quando (per esempio) un aereo viaggia più veloce della velocità del suono. Per il loro lavoro, ottennero il Premio Nobel per la Fisica nel 1958.



Ora, un’altra cosa interessante delle radiazioni Cherenkov è che a volte possono verificarsi nella testa delle persone. Per decenni, le persone sottoposte a radioterapia per curare un tumore hanno riferito di vedere lampi di luce blu nei loro occhi, anche quando i loro occhi erano chiusi.

Nel 2020, un team di ricercatori ha utilizzato la tecnologia chiamata sistema di imaging della fotocamera CDose, appositamente progettato per visualizzare le emissioni di luce dai sistemi biologici, per catturare un’immagine di questa luce.

Ciò ha dimostrato che quanto riferito dai pazienti era vero, si trattava veramente dell’effetto Cherenkov.

Quando il raggio della radiazione passa attraverso l’occhio, la luce viene generata all’interno del fluido vitreo. I nostri dati in tempo reale hanno mostrato rigorosamente che la quantità di luce prodotta è sufficiente a suscitare una sensazione visiva, un argomento che è stato dibattuto in letteratura“. Ha spiegato in una dichiarazione il primo autore Irwin Tendler all’epoca. “Analizzando la composizione spettrale, mostriamo anche che questa emissione può essere classificata come luce Cherenkov“.

Altri effetti apparentemente superluminali

L’effetto Cherenkov è, quindi, davvero un effetto superluminale, ma è dovuto a particelle che si trovano a viaggiare al di sotto di c0 ma al di sopra della c, ossia della velocità della luce, del mezzo in cui si muovono, che “frenano” emettendo radiazione. Il limite imposto dalla relatività ristretta per la velocità quindi non è un limite sulla velocità di propagazione di particelle o oggetti ma è un limite sulla velocità a cui si può propagare l’informazione.

Sebbene queste due cose coincidano quasi sempre questa sottile distinzione permette, in alcuni casi particolari, di ottenere effetti cosiddetti superluminali. In questi casi, si possono vedere brevi impulsi di luce che superano degli ostacoli con una velocità apparentemente maggiore di C.

Eccedere la velocità di gruppo della luce in questo modo è paragonabile a eccedere la velocità del suono sistemando una fila di persone opportunamente distanziate, e facendogli urlare “Sono qui!“, una dopo l’altra a brevi intervalli temporizzati da un orologio, in modo che non debbano sentire la voce della persona precedente prima di poter urlare. In questo tipo di fenomeni, tuttavia, la velocità di fase di un pacchetto (più frequenze) è minore di quella della luce.

Secondo le teorie relatività ristretta e generale non è possibile che l’informazione venga trasmessa più velocemente di C in uno spaziotempo uniforme.

Si parla spesso dei wormholes come sistema per spostarsi nell’universo più velocemente della luce ma l’esistenza dei ponti di Einstein-Rosen, cioè fenomeni che permettano il trasferimento di materia o di energia da un punto all’altro dell’universo, non è supportata da prove sperimentali e, anche se esistessero, non si tratterebbe di un effetto superluminale in quanto lo spazio percorso dall’informazione non sarebbe la distanza da noi misurata, ma la distanza abbreviata dalla “scorciatoia”.

In astronomia e astrofisica vengono comunemente osservate galassie che si muovono a velocità apparentemente superluminali. Per questo tipo di oggetti il trucco risiede nel moto di avvicinamento di questi oggetti in direzione della Terra.

La velocità di un oggetto può essere misurata, banalmente, come la distanza tra due punti attraversati dall’oggetto divisa per il tempo necessario per questo tragitto. Per oggetti astrofisici l’informazione spaziale e temporale sui punti di inizio e fine tragitto è trasmessa all’osservatore tramite la luce. Se il punto di fine tragitto è più vicino all’osservatore del punto di inizio, la luce del punto di inizio tragitto risulta ritardata e quella del punto di fine anticipata nel suo arrivo sulla Terra. Il tragitto risulta, così, iniziato dopo e finito prima, cioè minore. Ne può risultare, dunque, anche una velocità apparente maggiore di quella della luce.

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