Martedì 2 ottobre sono stati assegnati i premi Nobel per la fisica. Tre gli scienziati premiati, per le loro invenzioni rivoluzionarie nella fisica dei laser. Arthur Ashkin ha inventato le cosiddette “pinzette ottiche”, mentre Gérard Mourou e Donna Strickland sono riusciti a risolvere il problema di amplificare l’intensità dei laser, senza distruggere i materiali usati per l’amplificazione stessa.
L’invenzione di Ashkin ha qualcosa che fa pensare al “raggio traente” usato nella serie Star Trek. Quello che permetteva di muovere intere astronavi senza l’ausilio di parti meccaniche, ma appunto solo con un fascio luminoso (un’immagine poi rimasta di riferimento nella fantascienza per rappresentare le storie di “rapimenti alieni” dentro dischi volanti). Tornando sulla Terra, le ricerche di Ashkin riguardano corpi molto più piccoli di un’astronave o una persona, ossia particelle, atomi e molecole.
L’idea alla base della scoperta è che i raggi di luce portano con sé dell’energia, per quanto piccola. Per fare un esempio: tutti noi sentiamo del calore sulla pelle quando ci esponiamo ai raggi solari, ma la loro energia non basta a spostarci fisicamente. La particolarità dei raggi laser è che in essi la luce si muove in maniera ordinata, al contrario della “luce bianca”, in cui i raggi si sparpagliano in ogni direzione. Ashkin ha così cominciato a fare degli esperimenti con delle micro-sfere, e ha notato che illuminandole con un raggio laser queste si spostavano verso il centro del raggio. Aggiungendo una lente per concentrare la luce laser in un punto, le sfere erano attratte verso quel punto di massima intensità. Ecco inventata una sorta di “trappola” luminosa per micro particelle, che poi sarebbe diventata nota come “pinzetta ottica”.
In successivi esperimenti, Ashkin scoprì che con questa tecnica era in grado di trattenere nelle sue “pinzette” particelle vive, come i batteri, senza danneggiarle. Da allora ha cominciato a studiare altri tipi di cellule viventi, come i virus, che non solo restavano in vita durante l’osservazione, ma erano anche in grado di riprodursi. Gli sviluppi di questa tecnica hanno portato le pinzette ottiche in molti laboratori, dove vengono usate per lo studio di processi biologici come singole proteine, motori molecolari, DNA o la vita interna delle cellule.
Le ricerche di Gérard Mourou e Donna Strickland hanno portato allo sviluppo dell’onda laser più corta e intensa mai creata dall’uomo. Da quando la tecnica laser è stata inventata, negli anni ’60, i ricercatori si sono sforzati di creare onde ad alto impulso. Verso la metà degli anni ’80 sembrava che si fosse arrivati alla fine di questo percorso, perché aumentare ulteriormente l’intensità delle onde portava alla distruzione dei materiali utilizzati per ottenere l’amplificazione.
La tecnica elaborata da Mourou e Strickland, nota come chirped pulse amplification (CPA), consiste nel prendere un breve impulso laser, “stirarlo” nel tempo, amplificarlo e poi comprimerlo nuovamente.
Il processo di “stiracchiamento” (stretch) serve a ridurne la potenza, preservando così i materiali necessari ad amplificarlo. Le applicazioni di questa scoperta sono ancora da esplorare, ma già oggi milioni di operazioni di chirurgia dell’occhio sono effettuate con questo tipo di raggi laser. Fisica, chimica e medicina sono alcuni dei settori in cui questa innovazione sta permettendo di fare passi avanti. Donna Strickland diviene la terza donna a ricevere il premio Nobel per la fisica, dopo Maria Goeppert-Mayer (1963) e Marie Curie (1903). «Abbiamo bisogno di celebrare le donne della fisica, perché là fuori ce ne sono tante», ha detto ritirando il premio. «Sono onorata di essere una di loro».