Il Nobel per la fisica 2018 agli innovatori del laser

Alla parola laser forse a molti di noi verrà subito in mente l’arma di un film di fantascienza. Invece il laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), inventato negli ’60, ha oggi molte applicazioni del tutto pacifiche, e ha cambiato sia la nostra società, sia la ricerca scientifica. Il premio Nobel per la Fisica di quest’anno premia tre scienziati che negli anni ’80 hanno capito come quella luce poteva diventare uno strumento di precisione per penetrare e manipolare l’infinitamente piccolo.

Pinzette ottiche

Arthur Ashkin, a cui va metà del premio, è stato un ricercatore ai laboratori Bell, negli Stati Uniti. Poco dopo l’invenzione del laser, cominciò a provare a impiegarlo per spostare piccoli oggetti, come virus, batteri, particelle. I fotoni del laser, infatti, davano la «spinta» sufficiente a trasportarli, e la grande scoperta di Ashkin è stata come controllare questo spostamento.

Ha notato che le particelle si posizionavano, seguendo un gradiente, dove il fascio laser era più intenso, cioè al centro. Focalizzando il fascio con una lente lo scienziato ottenne una trappola o pinzetta ottica: la particella studiata era così fissata nel punto dove la luce era più intensa. Partendo dal lavoro di Ashkin, altri scienziati sono riusciti a manipolare con le pinzette ottiche singoli atomi, e il loro risultato è stato già premiato col Nobel nel 1997. Ashkin invece si è dedicato in particolare alla biologia. Le pinzette ottiche, infatti, permettevano di studiare i processi biologici come mai era accaduto prima, per esempio il funzionamento delle macchine molecolari nelle nostre cellule.

Lo sviluppo delle pinzette ottiche di Ashkin (foto: Fondazione Nobel Prize)

Oltre i limiti

L’altra metà del premio va a Gérard Mourou (École Polytechnique, Palaiseau, France; University of Michigan, Ann Arbor) e Donna Strickland (University of Waterloo, Canada). A metà degli anni ’80 la tecnologia del laser sembrava avesse raggiunto il limite per quanto riguarda la potenza degli impulsi. Creare impulsi più potenti con la stessa tecnologia avrebbe distrutto l’amplificatore.

Dopo l’invenzione della CPA la potenza dei laser tornò a crescere (Foto: Fondazione Nobel)

Per fortuna arrivava alla University of Rochester, dal Canada, la dottoranda Donna Strickland. Qui, assieme al supervisore Gérard Mourou, ha ideato una tecnologia geniale che aggira l’ostacolo: la Chirped-Pulse Amplification. Si tratta di manipolare un impulso laser per riuscire ad amplificarlo senza rischi.

Nella prima fase l’impulso viene dilatato, abbassandone l’energia. A questo punto può essere amplificato e, infine, compresso alla durata iniziale. A parità di energia impiegata, si ottiene una potenza di picco più elevata. La CPA ha espanso enormemente l’impiego dei laser nella ricerca scientifica, ma anche nella vita di tutti i giorni: gli interventi di chirurgia oculare laser non sarebbero possibili senza la il lavoro di Mourou e Strickland che, dopo 55 anni è la prima donna a essere premiata col premio Nobel per la fisica, e la terza da quando esiste il premio (le altre due sono state Marie Curie nel 1903 e Maria Goeppert-Mayer nel 1963).

 

Immagini: fondazione Nobel

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