A scuola abbiamo imparato che le cose sono formate da atomi ed elettroni. Sulla carta, possiamo spostare a piacimento gli elettroni per creare nuove molecole. Ma cosa succede davvero all’interno della materia? Possiamo avere informazioni dirette sul comportamento degli elettroni?
Dopo il premio Nobel ai pionieri dei vaccini a mRNA oggi è il turno della fisica. L’Accademia di Svezia ha premiato Pierre Agostini, Ferenc Krausz e Anne L'Huillier:
«per i metodi sperimentali che generano impulsi di luce della durata di attosecondi per lo studio della dinamica degli elettroni nella materia»
Alfred Nobel voleva che il suo lascito premiasse le scoperte più significative “per il bene di tutta l’umanità”. Non esistono ancora applicazioni mature di questa scoperta, ma poiché permette di sondare la materia con una precisione mai vista prima, le aspettative sono altissime. Dalla medicina all’elettronica, molti laboratori sono già al lavoro per trasformare questa ricerca in tecnologia.
La fisica degli attosecondi
La parola chiave per capire meglio l’impresa dei laureati di oggi è attosecondi. Questa infatti è la scala temporale alla quale si muovono gli elettroni. Un attosecondo è un intervallo di tempo uguale a un miliardesimo di miliardesimo di secondo. In notazione scientifica si scrive così: 1 as = 10–18 s. Per intenderci, un battito cardiaco dura tanti attosecondi quanti sono i secondi passati dall’inizio dell’universo.
I fisici hanno pensato a lungo che la scala degli attosecondi fosse inarrivabile per i nostri strumenti. Con i laser è possibile generare impulsi nell’ordine dei femtosecondi (un milionesimo di miliardesimo di secondo) che ci permettono di sondare i fenomeni atomici, ma non i velocissimi elettroni.
Agostini, Krausz e L’Hullier hanno invece trovato il modo di infrangere questa barriera. Il loro lavoro ha quindi dato origine a un nuovo campo, la fisica degli attosecondi (o scienza degli attosecondi).
Gli esperimenti
Il primo passo lo ha compiuto Anne L'Huillier, la quinta donna della storia a ricevere il Nobel per la Fisica. Nel 1987 stava studiando con un laser un campione di gas nobile e misurò con uno spettrometro numerosi sovratoni, cioè onde luminose a lunghezza d’onda più corta (ultravioletta). In seguito scoprì che erano generati dagli elettroni che, dopo essere stati spostati dal laser, tornavano al loro posto emettendo luce.
Agostini e Krausz usarono queste conoscenze per infrangere la barriera degli attosecondi. Infatti, i sovratoni generati dall’interazione tra laser e atomi potevano essere fatti interferire tra loro in modo tale da generare impulsi della brevità desiderata. Agostini riuscì a creare dei treni di impulsi di 250 attosecondi, mentre Krausz usò un’altra tecnica per generare un singolo impulso di 650 attosecondi.
Heisemberg è salvo
Anne L'Huillier è intervenuta alla conferenza stampa dell’annuncio specificando che queste tecniche non violano il principio di indeterminazione di Heisemberg, secondo cui non è possibile conoscere contemporanemente la posizione di una particella e la sua velocità. Aggiungendo che però oggi è possibile capire, per esempio, in quale parte di una molecola si trova un elettrone. Opuure quanto tempo impiega a migrarare da una regione a un’altra.
La studiosa ha anche ricordato che è fondamentale continuare a finanziare queste ricerche. Molti stanno già pensando alle possibili applicazioni, ma è un lavoro che richiederà tempo.
