Energia: riprodotta in laboratorio l'estrazione dai buchi neri prevista dalla teoria di Penrose

Un esperimento pubblicato su Nature dimostra per la prima volta la superradianza senza far ruotare alcun oggetto: un sistema di risonatori elettronici crea una "rotazione sintetica" capace di amplificare le onde, aprendo nuove prospettive per la ricerca in astrofisica e nelle tecnologie quantistiche.

Per oltre cinquant'anni la cosiddetta superradianza è rimasta una previsione teorica. Formulata negli anni Settanta da Roger Penrose e Yakov Zel'dovich, descrive un fenomeno in cui un'onda può estrarre energia da un oggetto in rapida rotazione, uscendo dall'interazione amplificata. Lo stesso meccanismo è stato proposto anche per i buchi neri rotanti, ma verificarlo sperimentalmente si è sempre rivelato impossibile a causa delle velocità estreme richieste.

Ora un gruppo di ricercatori dell'Advanced Science Research Center della City University of New York (CUNY ASRC) ha superato questo limite con un esperimento pubblicato sulla rivista Nature. Invece di mettere realmente in rotazione un oggetto, gli scienziati hanno sviluppato un sistema capace di simulare una rotazione ultraveloce attraverso la modulazione temporale di un anello di risonatori elettronici.

Il dispositivo resta completamente fermo, ma la variazione sincronizzata delle proprietà dei risonatori genera un pattern che si sposta lungo l'anello. Per le onde elettromagnetiche che attraversano il sistema, questo movimento è equivalente a quello di un corpo in rotazione a velocità elevatissima.

La cosiddetta rotazione sintetica permette così di superare i limiti imposti dalla meccanica tradizionale, arrivando a simulare velocità apparenti superiori a quella della luce senza violare le leggi della fisica, poiché a muoversi è soltanto il pattern e non un oggetto materiale.

In queste condizioni i ricercatori hanno osservato proprio l'effetto previsto dalla teoria: le onde con le caratteristiche appropriate hanno estratto energia dal sistema e sono uscite amplificate.

«Le onde con le opportune caratteristiche rotazionali estraevano energia dal sistema e venivano amplificate, riproducendo la fisica essenziale del processo Penrose-Zel'dovich», spiega Hady Moussa, coautore dello studio. «Il nostro approccio si basa su metamateriali progettati per controllare la propagazione delle onde».

Per la prima autrice dello studio, Hadiseh Nasari, il risultato rappresenta un passaggio fondamentale: «Questo esperimento porta le idee sulla dinamica rotazionale estrema dalla teoria alla pratica e crea una piattaforma sperimentale versatile per esplorare fenomeni all'intersezione tra astrofisica, fisica delle onde e scienza quantistica».

Il lavoro apre infatti la strada a un nuovo modo di studiare in laboratorio fenomeni finora accessibili solo attraverso modelli teorici legati ai buchi neri. Oltre al valore per la ricerca fondamentale, la tecnica potrebbe trovare applicazioni future nello sviluppo di piattaforme fotoniche e quantistiche, con possibili ricadute nelle comunicazioni wireless, nell'ottica avanzata e nelle tecnologie quantistiche.

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