Il lavoro di Einstein è stato cruciale per la comprensione attuale delle onde gravitazionali e lo sviluppo della radiazione stimolata che ha portato all’invenzione dei laser. Il dottor Jing Liu, dell’Università dell’Accademia Cinese delle Scienze, ha combinato i due concetti in una proposta intrigante: è possibile creare l’equivalente gravitazionale di un laser.
Cominciamo dalle basi. La parola laser sta per Amplificazione della Luce tramite Emissione Stimolata di Radiazione. Un laser è composto da luce con approssimativamente la stessa frequenza (o, in altre parole, è monocromatica) ed è coerente, quindi può essere focalizzata in un punto preciso o può essere utilizzata per creare impulsi ultrabrevi. Stimolando una transizione energetica quantistica, è possibile ottenere luce con la stessa frequenza.
Esistono laser naturali chiamati maser, con la “m” che sta per microonde. Questi maser astrofisici provengono da diverse fonti, tra cui comete, atmosfera stellare e persino le aurore di Giove. Quindi, se la luce può creare un laser, potrebbe farlo anche la gravità?
Le onde gravitazionali condividono proprietà simili al comportamento della luce. Le onde gravitazionali hanno frequenze e si muovono alla velocità della luce, quindi in teoria potrebbe essere possibile creare un laser con esse. Ciò richiederebbe una sorgente che produca onde gravitazionali stimolate con una frequenza specifica. Tutto ciò che ha massa e si muove crea onde gravitazionali, ma non si ottiene quella specifica transizione energetica che si ha con gli atomi.
Ma forse potrebbe esserci qualcosa simile a un atomo gravitazionale, una struttura in cui le interazioni gravitazionali prevalgono su quelle elettromagnetiche. L’idea teorica di un atomo gravitazionale è recente e Liu ha sfruttato questa ipotesi per testare se sia possibile un laser gravitazionale. L’atomo gravitazionale di Liu è un buco nero in rotazione circondato da una nuvola di axioni, particelle ipotetiche incredibilmente leggere che sono un candidato principale per la materia oscura.
Anche se non è ancora stato sottoposto a revisione paritaria, il lavoro suggerisce che, teoricamente parlando, sia possibile generare transizioni energetiche risonanti in nuvole di axioni. Queste transizioni, simili a un elettrone in un atomo che perde o guadagna energia, rilascerebbero onde gravitazionali con la stessa energia e direzione. Questo sarebbe un laser gravitazionale.
Quindi, siamo pronti a trovare questi laser gravitazionali da questi axioni? Non ancora. Ci sono molte ipotesi, ma capire come potrebbero apparire i segnali gravitazionali è fondamentale per scoprirli effettivamente. Inoltre, il segnale laser non assomiglierebbe a nulla di ciò che abbiamo incontrato finora, quindi è importante sapere cosa sia.
Una preprint dello studio è disponibile su ArXiv.
