“Come viene ottenuta la “MATERIALIZZAZIONE” della luce?” Ho letto di un particolare fenomeno, ma non ho trovato i relativi dettagli su come questo venga riprodotto sperimentalmente: in pratica sembrerebbe possible “scomporre” un fotone in un elettrone ed in un positrone (che eventualmente annichilendosi tornerebbero a generare un fotone). Come viene ottenuto questo risultato?

Quella che
tu chiami “materializzazione della luce”, e che in fisica delle
particelle viene chiamata “creazione di coppie”, e’ un fenomeno
che rientra tra quelli descritti dalla meccanica quantistica, quando essa
viene fusa con la teoria relatività ristretta. Inglobare il principio
di indeterminazione nell’ambito della meccanica relativistica permette
la descrizione del fenomeno per cui un certo sistema puo’, sotto determinate
condizioni, cambiare radicalmente il proprio “contenuto” in
termini di particelle elementari, come appunto accade quando un fotone
(che e’ luce e che quindi il senso comune ci porterebbe a considerare
come qualcosa di immateriale) si trasforma in una coppia particelle massive
(che il senso comune ci porterebbe a considerare come l’unica materia
vera e propria), queste trasformazioni sono possibili perche’ semplicemente
lo stato di un certo sistema, e quindi come esso si presenta all’osservazione,
e’ sottoposto solo ai vincoli di conservazione dell’energia, della quantita’
di moto e dello spin (e anche di altre grandezze che riguardano le particelle
elementari, ma nel discorso che facciamo non sono importanti), e dato
che, nell’ambito della teoria quantistica, di uno stato di un sistema
possono essere fissate solo alcune caratteristiche, accade che c’e’ la
probabilita’ che un certo sistema, che ha un certo contenuto in termini
di particelle (nella fattispecie, un fotone), si presenti sotto un’altra
forma (nella fattispecie, come coppia elettrone-positrone), conservando
tutte le grandezze che lo caratterizzano.

Se si fanno
i conti, si vede che, nel vuoto, non e’ mai possibile che avvenga la “materializzazione
della luce”, perche’ non e’ possibile che la creazione di una coppia
elettrone-positrone, a partire da un fotone, avvenga senza violare la
conservazione della quantita’ di moto, questo vuol dire che nel vuoto
queste trasformazioni possono avvenire solo virtualmente, cioe’ su tempi
cosi’ brevi da non poter essere misurati.
Ma se una tale trasformazione avviene in prossimita’ di una sorgente di
campo elettromagnetico, per esempio vicino ad un nucleo atomico, allora
il sistema puo’ “usare” la materia circostante per “scaricare”
la quantita’ di moto in eccesso e quindi il processo puo’ avvenire nel
pieno rispetto di tutte le leggi di conservazione, in tal caso il processo
diventa reale e quindi osservabile. Come detto al quantita’ di moto in
eccesso viene trasferita nella materia circostante che quindi subisce
un contraccolpo, quindi in effetti tale processo puo’ essere visto come
un urto tra un fotone molto energetico contro un nucleo, urto nel quale
il fotone svanisce ed emerge la coppia elettrone-positrone.

Chiaramente,
tale processo puo’ avvenire solo se l’energia del fotone e’ maggiore dell’energia
equivalente alla massa di due elettroni a riposo, perche’ altrimenti non
si potrebbe mai conservare l’energia, inoltre piu’ l’energia del fotone
e’ alta e piu’ aumenta la probabilita’ che avvenga la materializzazione
della coppia, in ogni caso tale processo, come tutti i processi quantistici,
ha una certa probabilita’ di accadimento, quindi non ci sono condizioni
per essere certi dell’osservazione, ovviamente se si usano onde elettromagnetiche
molto intense, allora il numero di fotoni e’ cosi’ elevato che l’osservazione
di qualche materializzazione e’ praticamente certa, a patto che la frequenza
della luce sia sufficientemente alta per le questioni energetiche dette
prima.