Luce da Nobel
Va ad Arthur Ashkin, Gerard Mourou e Donna Strickland il premio Nobel per la Fisica 2018, “per le loro invenzioni rivoluzionarie nel campo della fisica dei laser” secondo quanto annunciato dalla Royal Swedish Academy of Science. Il premio è stato assegnato per due particolari studi: metà del Nobel spetta alle cosiddette pinzette ottiche di Ashkin, mentre l’altra metà viene divisa tra Mourou e Strickland per l’invenzione della Chirped Pulse Amplification.
In che cosa consistono esattamente questi oggetti di luce e perché sono così importanti?
Partiamo dalla creazione di Arthur Ashkin, newyorkese nato nel 1922. Già a partire dagli anni ’60 si è occupato della ricerca relativa alla manipolazione di particelle tramite la luce laser, arrivando all'invenzione che lo ha portato al Nobel. L’idea di Ashkin parte dal fatto che in primo luogo la luce trasporta energia, che si potrebbe utilizzare per muovere dei piccoli oggetti. Proprio negli anni in cui inizia a lavorare alle sue ricerche, lo scienziato assiste all’invenzione del primo laser, uno strumento fatto di luce e con caratteristiche molto particolari che sembravano essere adatte a creare qualcosa che interagisse e quindi spostasse oggetti microscopici. Ashkin iniziò quindi a creare le sue dita di luce, dette pinzette o trappole ottiche, che dalle prime prove mostrarono di essere in grado di attirare verso il centro del fascio laser minuscole sferette di silice grazie a quella che prende il nome di forza di gradiente del laser.
Negli anni a venire i fasci laser per manipolare questi piccolissimi oggetti diventarono due e lo strumento venne raffinato fino a poter essere utilizzato, a partire dal 1986, per spostare singoli atomi. Oltre agli atomi iniziarono ad essere coinvolti in questi studi anche organismi come cellule, batteri e virus, ed è qui che oltre all’aspetto incredibile dell’invenzione si trova anche l’importanza della sua applicazione pratica. La manipolazione di questi oggetti microscopici con le pinzette ottiche è assolutamente non invasiva e permette, ad esempio, di raggiungere il nucleo di una cellula senza romperne la membrana. Da qui è stato possibile trovare numerosissimi ambiti in medicina in cui utilizzare le pinzette, che hanno permesso di studiare i meccanismi interni delle cellule, il loro DNA e la vita delle proteine, quindi anche di separare cellule sane da quelle malate attraverso un’innovativa procedura che prende il nome di olografia ottica.
Anche per la Chirped Pulse Amplification ci sono applicazioni in medicina, in cui è stato possibile creare delle nuove terapie per la cura del cancro o perfezionare le operazioni agli occhi tramite laser, ma anche in campo industriale, tanto da portare alla creazione della telecamera più veloce al mondo. Questa scoperta riguarda Gerard Mourou, nato in Francia nel 1944, e quella che fu una sua brillante studentessa, Donna Strickland, canadese classe 1959. Insieme presso l'Università di Rochester hanno messo a punto l'invenzione che li ha portati al Nobel. Lo scopo è quello di amplificare un breve impulso laser senza raggiungere intensità eccessive e pericolose, in quanto potrebbero distruggere il mezzo amplificatore e di conseguenza impedire che venga nuovamente utilizzato. Questo viene effettuato attraverso tre diversi step: inizialmente l'impulso viene scomposto in diverse onde elettromagnetiche fondamentali, che hanno singolarmente un'intensità minore e una maggiore durata rispetto al segnale iniziale. Tutte queste onde vengono quindi amplificate separatamente e successivamente ricomposte a formare un segnale con la stessa durata e forma di quello iniziale ma con potenza ed intensità molto maggiori, in quanto le sue singole componenti sono state amplificate. In questo modo è possibile raggiungere potenze ed intensità di laser molto elevate senza correre il rischio di danneggiare irreparabilmente la strumentazione, come accadrebbe se si utilizzasse un’amplificazione diretta tradizionale del segnale iniziale.
Ma questo Nobel è importante anche per un altro aspetto: si tratta soltanto della terza volta nella storia che viene conferito ad una donna. Il primo fu nel 1903 a Marie Curie, il secondo nel 1963 a Maria Goeppert-Mayer ed ora finalmente, dopo ben 55 anni, è il turno di Donna Strickland. All’indomani delle dichiarazioni del fisico pisano Alessandro Strumia, il quale in una sua presentazione durante una conferenza del CERN riguardante la Fisica delle Alte Energie e il gender ha sostenuto che la Fisica non fa per le donne, Donna riceve il suo premio Nobel per la Fisica, si sorprende di essere soltanto la terza e incita la comunità scientifica a celebrare le fisiche donne, di cui è orgogliosa di far parte, “perché ci siamo, siamo proprio là fuori”.