Monday, May 20, 2024

Più veloce della luce? Impossibile

di Alessandro Farini

Non si può riuscire a battere la luce in velocità, malgrado nel corso di un esperimento fosse sembrato di sì.  Ce ne parla Alessandro Farini dell’Istituto nazionale di ottica: “I tachioni, particelle però solo ipotetiche, potrebbero raggiungere questo obiettivo”

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Quando affermiamo che faremo una cosa “più veloci della luce” per i non più giovanissimi è impossibile che il pensiero non vada a Superman, che in una vecchia serie animata partiva proprio così. Ma è possibile viaggiare più velocemente della luce? Cercare una risposta a questa domanda apre, come spesso accade in fisica, porte interessanti.

La prima cosa è che, secondo la relatività einsteiniana, le particelle dotate di massa non possono essere accelerate per superare la velocità della luce nel vuoto: un’operazione di questo tipo richiederebbe un’energia infinita. Ci sono poi particelle, i fotoni, che viaggiano proprio alla velocità della luce, ma che non possono superarla.

Siamo di fronte a un limite così netto per le attuali conoscenze della fisica che non stupisce la curiosità che si generò quando lo staff dell’esperimento Opera comunicò di aver misurato neutrini partiti dal Cern e arrivati ai laboratori del  Gran Sasso con velocità superiori a quelle della luce: una conferma di tale misura avrebbe rivoluzionato la fisica contemporanea. Era per tutti evidente che un’affermazione così importante richiedesse prove di assoluta certezza. La continua verifica sperimentale mostrò così qualche errore nell’apparato di misura che costrinse gli scienziati a ritrattare l’entusiasmante dichiarazione.

Dobbiamo anche aggiungere che se la relatività nega la possibilità di accelerare una particella fino a superare la velocità della luce, non nega però che potrebbero esistere particelle che hanno stabilmente tale caratteristica. Queste particelle, tuttora solo ipotetiche, sono chiamate tachioni e avrebbero conseguenze che potrebbero essere assai curiose. Viaggiare e soprattutto trasportare informazione più velocemente della luce avrebbe conseguenze che potrebbero rendere possibili viaggi temporali o osservazioni del passato. Ma, come detto, i tachioni restano per ora confinati nei libri o nelle serie tv di fantascienza.

In realtà però è possibile superare la velocità della luce: se non nel vuoto, dove la luce viaggia a circa 299.800 km al secondo (in pratica in un secondo potrebbe fare più di 7 volte il percorso dell’equatore), in altri materiali. Infatti, quando la luce attraversa un materiale diverso dal vuoto rallenta: nell’acqua, ad esempio, la luce si trova a viaggiare a “soli” 225.000 km al secondo. Nell’acqua capita così che particelle come elettroni e protoni prodotte da reattori di fissione o generate dai raggi cosmici viaggino a velocità superiori alla luce, senza però superare l’invalicabile limite della velocità della luce nel vuoto. Le particelle a queste velocità generano una luce bluastra (la radiazione Cerenkov, dal nome dello scienziato russo che per questa scoperta vinse il premio Nobel nel 1958). Così, a patto di accettare questo piccolo “trucco” (non accelerare le particelle oltre la velocità della luce, ma rallentare la luce stessa) siamo riusciti ad andare “più veloci della luce”.

Rivelatore dell'esperimento Opera
Rivelatore dell’esperimento Opera

 

Questo potrebbe non essere l’unica modalità. Un tema di estrema attualità è anche quello del cosiddetto entanglement (letteralmente “intreccio”) quantistico. Accade quando si hanno due particelle generate come un unico sistema quantistico e quindi intrinsecamente collegate. Esse potrebbero essere nella situazione per cui se una ha lo spin (una delle caratteristiche che la definisce) uguale a +1/2, l’altra dovrebbe avere lo spin uguale a -1/2. Ma per conoscere ed effettivamente far assumere alla particella un valore dello spin è necessario osservarla. Così se le due particelle dopo essere generate si allontanano enormemente tra loro, quando ne osserviamo una e vediamo che ha, ad esempio, spin +1/2, l’altra, istantaneamente, assume  il valore -1/2. Questa variazione sembra avvenire superando il limite della velocità della luce. Le ragioni e le spiegazioni di questo fenomeno sono tuttora oggetto di studio, ma l’aspetto che ci interessa qui è che al momento non sarebbe possibile utilizzare questo fenomeno per trasmettere informazioni e quindi condurci nuovamente a quei paradossi temporali che il superamento della velocità della luce potrebbe portare.

Per il momento, quindi, le migliori modalità per viaggiare “più veloci della luce” restano quelle di abbandonarsi a film e libri di fantascienza, che non a caso utilizzano spesso terminologie (motori Cerenkov o tachionici, iperspazio o tunnel) derivati dalla fisica contemporanea. [Almanacco della Scienza N. 1, gennaio 2023]

redazione
redazione
Tiziano Thomas Dossena, Leonardo Campanile, LindaAnn LoSchiavo, and Dominic Campanile

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