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Ricercatori di IRSOL e IAC risolvono un paradosso della fisica solare emerso oltre venti anni fa

Immagine dell'atmosfera solare durante un'emissione di massa coronale (NASA/GSFC/SDO)
Immagine dell'atmosfera solare durante un'emissione di massa coronale (NASA/GSFC/SDO)

Servizio comunicazione istituzionale

19 Agosto 2021

Nel 1998, la rivista Nature pubblicò un lavoro di grande impatto in cui si concludeva che un misterioso segnale, che era stato scoperto recentemente analizzando la polarizzazione della luce solare, implicava che la cromosfera (uno strato molto importante dell'atmosfera del Sole) è praticamente non magnetizzata, in netta contraddizione con la convinzione comune. Questo paradosso ha motivato esperimenti di laboratorio e indagini teoriche, che invece di fornire una soluzione, hanno sollevato nuove questioni e persino portato alcuni scienziati a mettere in discussione la teoria quantistica dell'interazione materia-radiazione. Oggi, un gruppo di ricercatori dell'Istituto ricerche solari (IRSOL) a Locarno-Monti (affiliato all'Università della Svizzera italiana), e dell'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) a Tenerife, hanno trovato la soluzione a questo intrigante paradosso, aprendo una nuova finestra per l'esplorazione dei deboli campi magnetici della cromosfera solare nella nuova era dei telescopi solari di grande apertura. Le loro scoperte sono ora pubblicate su Physical Review Letters, la prestigiosa rivista scientifica dell'American Physical Society.

Venticinque anni fa, un segnale enigmatico fu scoperto analizzando la polarizzazione della luce solare con un nuovo strumento, lo Zurich Imaging Polarimeter (ZIMPOL), sviluppato all'ETH di Zurigo e successivamente installato all'IRSOL. Questo misterioso segnale di polarizzazione lineare, prodotto da processi di scattering, appare alla lunghezza d'onda di una particolare riga spettrale del sodio neutro (la cosiddetta riga D1) dove, secondo la meccanica quantistica, non dovrebbe essere presente alcuna polarizzazione per scattering. Questo segnale era quindi totalmente inaspettato, e la sua interpretazione aprì immediatamente un intenso dibattito scientifico. Il mistero aumentò ulteriormente due anni dopo, quando la rivista Nature pubblicò una spiegazione che, tuttavia, implicava che lo strato dell'atmosfera solare noto come cromosfera è completamente non magnetizzato, in apparente contraddizione con una serie di evidenze, che invece indicano che (al di fuori delle macchie solari) questa regione è permeata da campi magnetici nell’ordine dei gauss. Questo ha generato un serio paradosso, che ha impegnato i fisici solari per molti anni, portando alcuni di loro a mettere in discussione la teoria quantistica dell'interazione materia-radiazione.

Ora, in un articolo pubblicato su Physical Review Letters, la prestigiosa rivista scientifica dell'American Physical Society, Ernest Alsina Ballester (IRSOL, IAC), Luca Belluzzi (IRSOL), e Javier Trujillo Bueno (IAC) mostrano la soluzione di questo appassionante paradosso, sul quale i fisici solari si interrogano dal 1998. I risultati sono stati raggiunti grazie alla più avanzata modellizzazione teorica della polarizzazione della riga D1 del Sole mai tentata, e a tre anni di lavoro, realizzati attraverso una stretta collaborazione tra l'Istituto Ricerche Solari (IRSOL) a Locarno-Monti (affiliato all'USI Università della Svizzera italiana) e il gruppo POLMAG dell'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) a Tenerife.

I ricercatori spiegano: "Questo risultato ha conseguenze molto importanti. I segnali di polarizzazione per scattering, come quello osservato nella riga D1 del sodio, sono estremamente interessanti perché codificano informazioni uniche sui deboli campi magnetici presenti nella cromosfera solare. Questo importante strato di interfaccia dell'atmosfera solare, situato tra la sottostante fotosfera, più fredda, e la sovrastante corona, in cui la temperatura raggiunge milioni di gradi, è al centro di annosi problemi nella fisica solare, inclusa la comprensione e la previsione dei fenomeni eruttivi che possono avere un forte impatto sulla nostra società tecnologica. Il campo magnetico è noto per essere il principale motore della spettacolare attività dinamica della cromosfera solare, ma la nostra conoscenza empirica della sua intensità e geometria è ancora largamente insoddisfacente. La soluzione del dibattuto paradosso della polarizzazione della riga D1 del Sole dimostra la validità dell'attuale teoria quantistica della polarizzazione delle righe spettrali e apre una nuova finestra per esplorare il magnetismo dell'atmosfera solare nell'attuale nuova era dei telescopi solari di grande apertura".

 

Lo studio Solving the paradox of the solar sodium D1 line polarization è disponibile online sul sito della rivista Physical Review Letters
>> https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.081101