La velocità della luce cambia con la sua “forma”

Se si cambia la struttura spaziale di un fascio di luce, si riduce la sua velocità di gruppo anche se viaggia nel vuoto. Lo ha dimostrato un esperimento nel quale fotoni la cui struttura spaziale è stata modificata sono arrivati in leggero ritardo rispetto a fotoni di controllo

Una delle certezze dei fisici è la velocità della luce nel vuoto, pari a quasi 300.000 chilometri al secondo. Deve essere stata una grande soddisfazione, quindi, quella provata da un gruppo di ricercatori, tra i quali gli italiani Daniel Giovannini, dell’Università di Glasgow, e Daniele Faccio, della Heriot-Watt University, che hanno mostrato che questo può non essere vero, a patto di modificare la struttura spaziale di un raggio di luce e di considerare la velocità di gruppo di un fascio di radiazione elettromagnetica.

Che sia chiaro sin da subito, l’esperimento di Giovannini, Faccio e colleghi, pubblicato su “Science”, non abbatte nessuna certezza della fisica. La velocità della luce nel vuoto rimane sempre quella, indicata convenzionalmente con la lettera c, per esempio nella famosa equazione di Albert Einstein che collega massa ed energia. Gli scienziati hanno dimostrato però che se si altera la dimensione trasversale di un fascio di luce che viaggia nel vuoto, allora la sua cosiddetta velocità di gruppo, ovvero la velocità con cui si propagano nello spazio le variazioni nella forma dell’ampiezza dell’onda elettromagnetica, può diventare inferiore ac.

Nell’esperimento, grazie ad appositi filtri a cristalli liquidi i ricercatori hanno modificato la struttura spaziale di due differenti fasci, caratterizzandoli con diverse modalità di propagazione nello spazio. I fotoni di ciascun gruppo, nella lunghezza d’onda dell’ultravioletto, sono stati fatti partire nello stesso momento rispetto a fotoni di un terzo gruppo di controllo, la cui struttura non veniva modificata. Come risultato, gli scienziati hanno registrato un ritardo di circa lo 0,001 per cento dei fotoni di entrambi i gruppi la cui struttura spaziale era stata modificata rispetto al momento di arrivo dei fotoni del gruppo non modificato. In breve, i fotoni modificati arrivavano leggermente dopo rispetto a quelli che non avevano sperimentato un cambio di struttura, un ritardo che è equivalente a parecchi micrometri su una distanza di propagazione dell’ordine di un metro.

Alla fine dello studio però, i ricercatori hanno tenuto a precisare che: “La nostra misurazione di velocità di gruppo è strettamente una misurazione della differenza nella velocità di propagazione tra fotone di riferimento e fotone strutturato spazialmente. Non è stata fatta nessuna misurazione diretta della velocità della luce. Con questo manoscritto, la velocità che misuriamo è strettamente la velocità di gruppo dei fotoni.”

Chiarezza e prudenza sono mai troppe, quando si ha a che fare con pilastri dell’universo. E questo è uno di quei casi.

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