La luce oltre il suono

La luce è più veloce del suono. Lo impariamo fin da piccoli osservando i temporali, quando il lampo che illumina il cielo precede di qualche secondo il boato del tuono.

Ma come si comporta esattamente la luce quando la sua velocità supera quella del suono?

Un nuovo studio pubblicato su Science Advances ha risposto definitivamente a questa domanda, grazie a una tecnologia avanzata che per la prima volta ha immortalato impulsi luminosi nel momento in cui infrangevano la barriera sonora. Mostrando che la ‘forma’ della luce in queste condizioni è molto simile a quella di un fenomeno noto in fisica come boom sonico.

Pensiamo ad esempio a un oggetto che si muove nel cielo, come un aeroplano. Il suo movimento, spostando l’aria, crea delle onde di pressione che viaggiano in tutte le direzioni a velocità prossime a quelle del suono.

Ma se l’aereo supera la velocità del suono, allora queste onde si ‘accumulano’ l’una sull’altra, fino a creare uno shock, noto appunto come boom sonico, che appare all’udito come molto simile a un tuono.

Su scala minore, lo stesso fenomeno avviene quando si fa schioccare una frusta, la cui estremità supera la barriera del suono producendo così un colpo secco.

Dal punto di vista fisico, la ‘forma’ del boom sonico corrisponde al cono di Mach, una struttura a V il cui angolo di apertura dipende essenzialmente dalla velocità dell’oggetto che supera la barriera del suono.

Alcuni studiosi avevano già ipotizzato in precedenza che la luce potesse generare strutture a forma di cono simili ai boom sonici. Ora lo studio su Science Advances dimostra l’esattezza di questa teoria, mostrando per la prima volta l’aspetto di un ‘cono fotonico di Mach’.

Infatti se la luce viaggia normalmente nel vuoto a 300.000 km al secondo, la sua velocità può ridursi di molto se attraversa un qualche materiale, come il vetro che la riduce del 60%. Potendo sfruttare questa peculiarità,il team di ricerca coordinato dall’Università di Washington, ha fatto passare un fascio di luce prodotto da un laser della durata di 7 picosecondi all’interno di lungo un tubo riempito dalla nebbia prodotta dal ghiaccio secco.

L’effetto prodotto dal fascio di luce è stato poi catturato grazie ad una fotocamera estremamente sensibile, in grado di visualizzare la forma di cono generata dal laser (immagine in alto a destra).

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