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Quel fotone non doveva arrivare sulla Terra, ora c'è una nuova pista
Due fisici hanno proposto su Physical Review Letters una spiegazione per un fotone estremamente energetico rilevato sulla Terra nel 2022, dopo un viaggio che la fisica standard rende difficile giustificare. Il modello combina particelle ipotetiche e comportamenti legati all’energia del segnale, ricavando anche una previsione sul suo tempo di arrivo che trova una corrispondenza nelle osservazioni.
Il fotone è stato associato a un enorme lampo gamma originato a circa due miliardi di anni luce dalla Terra. L’evento era tanto luminoso da essere soprannominato BOAT, acronimo inglese di «brightest of all time», il più luminoso di sempre. Quando la sua luce ha raggiunto il nostro pianeta, nell’ottobre 2022, tra i segnali registrati ne è emerso uno con caratteristiche eccezionali.
A rilevarlo è stato Carpet, un rivelatore russo di raggi cosmici di energia elevatissima. Il fotone trasportava circa 300 TeV, ossia 300.000 miliardi di elettronvolt: l’energia più alta mai osservata per un fotone proveniente da un lampo gamma. Il dato riguarda l’energia di una singola particella di luce, non quella complessivamente liberata dall’esplosione, ed è proprio questa concentrazione a rendere problematico il viaggio.
Secondo la descrizione standard richiamata nello studio, lungo il percorso un fotone così energetico avrebbe dovuto interagire con altri fotoni del fondo cosmico a microonde, venendo assorbito. Lo spazio intergalattico, infatti, contiene radiazione con cui la luce può interagire: percorrere una distanza tanto grande significa attraversare questo ambiente per un tragitto durante il quale il segnale avrebbe dovuto scomparire.
La spiegazione proposta introduce le particelle simili agli assioni, entità ipotetiche ultraleggere, insieme a effetti associati all’energia elevatissima del fotone. Nello scenario descritto dai ricercatori, la combinazione consentirebbe al segnale di evitare le interazioni responsabili dell’assorbimento e di raggiungere la Terra. È un’interpretazione teorica dell’evento, non una dimostrazione dell’esistenza di queste particelle.
Il modello prevede inoltre un ritardo di circa un’ora rispetto ai fotoni meno energetici dello stesso lampo. Le osservazioni presentano proprio questa sequenza: un osservatorio cinese aveva registrato fotoni di energia inferiore circa un’ora prima del segnale raccolto da Carpet. La proposta mette quindi in relazione due caratteristiche misurabili dell’evento, l’energia eccezionale e lo scarto temporale tra le rilevazioni.
Marco Roncadelli, coautore dello studio e ricercatore dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, descrive il lavoro come il primo incontro tra due idee finora sviluppate separatamente. Se osservazioni future confermassero lo scenario, secondo il fisico l’universo offrirebbe un laboratorio naturale per studiare la gravità quantistica a energie enormemente superiori a quelle raggiungibili dagli acceleratori costruiti sulla Terra.
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