La Creazione della Prima Bomba a Buco Nero in Laboratorio
Un team di fisici britannici ha realizzato un’importante scoperta nel campo della fisica teorica, creando in laboratorio la prima versione di una cosiddetta “bomba a buco nero“. Questo fenomeno, noto da decenni, si verifica quando l’energia presente attorno a un buco nero rotante si accumula, dando origine a un rilascio esplosivo. La ricerca, guidata da Hendrik Ulbricht, professore di fisica all’Università di Southampton, ha portato alla costruzione di un impianto sperimentale innovativo. Questo impianto è composto da un cilindro di metallo rotante circondato da bobine metalliche. I ricercatori hanno così potuto imitare le condizioni descritte nella teoria originale formulata dal matematico inglese Roger Penrose nel 1971. Hanno dimostrato con successo come l’energia possa essere estratta e amplificata attraverso un processo noto come ciclo di feedback positivo.
Le Implicazioni della Ricerca sui Buchi Neri
Sebbene l’esperimento non abbia coinvolto buchi neri reali, gli scienziati sono convinti che i risultati possano fornire informazioni preziose sulle interazioni tra i buchi neri e la struttura dello spazio-tempo. L’idea di Penrose si basa su un meccanismo che consente di estrarre energia da un buco nero rotante, sfruttando un fenomeno noto come frame dragging. Questo effetto si verifica quando un oggetto in rotazione distorce lo spazio circostante, trascinando con sé gli oggetti che si trovano nelle vicinanze lungo il suo asse di rotazione. Sebbene tale effetto sia stato osservato in prossimità della Terra, la sua intensità è estremamente ridotta. Tuttavia, nelle vicinanze di un buco nero, il frame dragging diventa significativamente più potente. Nella cosiddetta ergosfera, una regione esterna a un buco nero rotante, gli oggetti possono essere accelerati a velocità superiori a quella della luce nel vuoto.
Il Contributo di Yakov Zeldovich alla Teoria
La teoria di Penrose è stata successivamente ampliata dal fisico sovietico Yakov Zeldovich, il quale propose che un fenomeno di amplificazione energetica simile potesse verificarsi se la luce passasse attorno a un cilindro metallico rotante a velocità straordinarie. Zeldovich ipotizzò anche che, circondando il cilindro con uno specchio riflettente, l’energia potesse accumularsi in un ciclo di feedback positivo. Applicando queste idee ai buchi neri, il fenomeno suggerisce che una bomba a buco nero potrebbe rilasciare una quantità di energia paragonabile a quella di una supernova. Inoltre, non sarebbe necessaria alcuna fonte di energia esterna, poiché il buco nero sarebbe in grado di amplificare piccole fluttuazioni elettromagnetiche presenti nel vuoto dello spazio, generando energia dal rumore di fondo.
La Sfida della Realizzazione Fisica
Tuttavia, la realizzazione di un oggetto fisico capace di ruotare a una velocità sufficiente per eguagliare la frequenza della luce sembrava un’impresa impossibile, lasciando questa sfida irrisolta per decenni. La situazione è cambiata quando Ulbricht e il suo team hanno deciso di affrontare il problema durante il lockdown per il COVID-19 nel 2020. Il fisico dell’Università di Southampton ha raccontato di essere alla ricerca di un progetto significativo e ha quindi optato per l’idea di utilizzare un cilindro di alluminio rotante e campi magnetici per costruire il primo prototipo. Con grande sorpresa, il sistema ha mostrato un chiaro aumento dell’energia, spingendo Ulbricht a riunire immediatamente un team per sviluppare una versione più avanzata dell’esperimento. “Ero così entusiasta che, in effetti, si potrebbe dire che mi ha salvato durante il Covid”, ha dichiarato il fisico.
Dettagli dell’Impianto Sperimentale
L’impianto finale è composto da un cilindro di alluminio rotante, circondato da tre strati di bobine metalliche che generano un campo magnetico rotante a una velocità simile a quella del cilindro stesso. In questo sistema, il campo magnetico funge da sostituto della luce, mentre le bobine agiscono come uno specchio, intrappolando e amplificando l’energia. Come previsto da Zeldovich, il team ha osservato un segnale magnetico potenziato, creando di fatto una mini bomba a buco nero. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che, in assenza di un campo magnetico esterno iniziale, il sistema è in grado di generare spontaneamente un segnale incontrollato dal rumore di fondo, simile a ciò che accadrebbe in un vero scenario di bomba a buco nero.
Le Prospettive Future della Ricerca
Vitor Cardoso, ricercatore di fisica all’Università di Lisbona, ha sottolineato che le misurazioni di laboratorio precise del processo forniscono prove solide che lo stesso fenomeno deve verificarsi anche nella fisica dei buchi neri. Sebbene la bomba di laboratorio rappresenti un modello innocuo, offre ai fisici un’opportunità rara di studiare la superradiance in modo dettagliato. I ricercatori ritengono che questo esperimento possa anche contribuire a testare teorie che coinvolgono campi esotici, inclusi quelli ritenuti legati alla materia oscura. “Se esistono nuovi campi, dovremmo osservare, ad esempio, onde gravitazionali emesse da questa nube attorno ai buchi neri, o potremmo notare buchi neri che rallentano perché cedono la loro energia a queste nuove particelle”, ha concluso Cardoso.
