L’Accademia Reale di Svezia ha assegnato il Nobel per la fisica ad Arthur Ashkin, Gérard Mourou e Donna Strickland “per le loro rivoluzionarie invenzioni nel campo della fisica dei laser”, che hanno portato allo sviluppo di numerose applicazioni industriali e mediche.
Arthur Ashkin, nato a New York nel 1922, si è laureato alla Columbia University della stessa città per poi conseguire il PhD alla Cornell University. Ha poi condotto le sue ricerche presso i Bell Laboratories.
Gérard Mourou, classe 1944, è nato ad Albertville, in Francia. Laureato in fisica all’Università di Grenoble nel 1967, ha conseguito il dottorato all’Ecole polytechnique di Parigi. Ha svolto le sue ricerche nella stessa università parigina, all’Università dellaCalifornia aSan Diego, all’Università di Rochester, e all’Università del Michigan ad Ann Arbor.
Donna Strickland è nata a Guelph, in Ontario, Canada. Si è laureata in ingegneria fisica presso la McMaster University per poi conseguire il PhD all’ Università di Rochester, nel 1989.
Protagonista di quest’anno è dunque il laser, una tecnologia talmente diffusa da essere entrata nelle nostre vite quotidiane. I laser ha avuto uno sviluppo tecnologico senza pari, almeno per quanto riguarda l’estrema varietà delle applicazioni.
I laser sono usati infatti per la lettura dei codici a barre o delle tracce di un DVD, per misurare le distanze, per indicare un punto preciso molto distante o per trasportare dati all’interno di una fibra ottica. O ancora, per incidere un tessuto biologico in un’operazione chirurgica, in cui occorre grande precisione e massima delicatezza, ma anche per tagliare lastre di acciaio, operazione in cui oltre che precisione occorre anche grande potenza.
Il fascio laser è unidirezionale e molto ben collimato, cioè sottilissimo alla vista, e nella maggior parte dei casi monocromatico. Queste caratteristiche derivano essenzialmente dal fatto che il laser è composto da onde coerenti.
L’unidirezionalità e la coerenza sono la basi per concentrare l’energia del fascio in un tempo piccolissimo e in uno spazio estremamente limitato.
Mettendo due laser uno di fronte all’altro, era possibile ottenere trappole tridimensionali in grado di bloccare le particelle in una posizione fissa.
Lo sviluppo successivo, datato 1986, ha dimostrato che per realizzare una trappola tridimensionale, bastava un singolo fascio laser, purché fosse indirizzato su una lente di forma opportuna. Originariamente conosciuta come trappola ottica a gradiente di forza a singolo fascio, è poi diventata famosa con il nome di pinzetta ottica. Originariamente, Ashkin aveva dimostrato che il metodo era adatto a intrappolare particelle di materiale isolante, di dimensioni comprese tra poche decine di nanometri (miliardesimi di metro) a decine di micrometri (milionesimi di metro) disperse in acqua. Ma presto si è pensato che a essere intrappolati potevano essere anche e cellule viventi, oppure virus e batteri, o altri sistemi biologici. Oppure atomi, dopo opportuno raffreddamento, secondo un’applicazione che nel 1997 è valsa il Nobel per la fisica allo statunitense Steven Chu.
La pinzetta ottica è ora uno strumento molto usato nella fisica biologica, e continua a trovare nuove applicazioni, perché la manipolazione può arrivare a livello delle molecole. Di particolare interesse è l’applicazione ai motori molecolari, che convertono l’energia chimica in moto lineare e rotatorio a livello microscopico.
Nel 1985, Gérard Mourou e Donna Strickland hanno messo a punto la tecnica nota come chirped pulse amplification(CPA).
La CPA è in un certo senso la videocamera più veloce che si possa puntare su micro e nanomondo. A livello atomico e molecolare, infatti, i processi avvengono così velocemente che è possibile descrivere solo il prima e il dopo. Con un impulso laser che dura un femtosecondo – un milionesimo di miliardesimo di secondo – è possibile invece sondare che cosa succede durante.
E la corsa all’ultra-veloce e all’incredibilmente intenso non accenna ad arrestarsi.
Credit lescienze.it