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06:31 23 Agosto 2019
Premio Nobel

“Obiettivo: far esplodere il vuoto”: il ruolo del Premio Nobel per la fisica

© AP Photo / Fernando Vergara, FILE
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Il 10 dicembre a Stoccolma si è tenuta la cerimonia ufficiale di consegna del Premio Nobel per la fisica agli scienziati Gérard Mourou, Arthur Ashkin, Donna Strickland per i loro studi rivoluzionari nel campo della fisica dei laser.

Sergey Popruzhenko, professore dell'Istituto di ricerca su laser e plasma presso l'Università nazionale di studi nucleari (MEPhI), ha spiegato al nostro corrispondente l'importanza di questa scoperta e le prospettive future di applicazione.

— In cosa consiste la scoperta di Strickland e Mourou?

— Il lavoro che hanno effettuato nel 1985 ha portato a un progresso enorme per l'incremento dell'intensità delle piattaforme laser.

Per molto tempo si è ritenuto che la potenza di campo fosse limitata dal fatto che il corpo del laser potesse trattenere solo una determinata quantità di energia. Le piattaforme laser hanno superato questo limite negli anni '80. Le ricerche su potenze maggiori, però, rimanevano quasi fantascienza.

Nel 1985 Strickland e Mourou capirono come aggirare questo ostacolo. Al tempo si erano diffuse piattaforme laser in grado di creare impulsi di radiazione di lunghezza microscopica. Il laser a impulsi ultracorti può essere esteso nel tempo con l'ausilio di un sistema di prismi o di un reticolo di diffrazione: l'impulso cambia un po' colore, diventa più rosso da un lato e più blu dall'altro.

A Strickland e Mourou venne quest'idea: si potrebbe prendere l'impulso a femtosecondi, portarlo al suo estremo ed estenderlo per migliaia e centinaia di migliaia di volte "ritoccandolo" un po' in modo tale che ognuna delle sue parti avesse una propria frequenza leggermente diversa da quella media.

Cosa succederebbe allora alla potenza dell'impulso? Diminuirebbe. Il laser che prima era al massimo della potenza passerebbe attraverso il reticolo di diffrazione e si estenderebbe mentre la sua potenza diminuisce. Poi si potrebbe nuovamente immettere i laser in questo sistema e estenderli fino al limite.

Questa procedura permetterebbe di aumentare di migliaia di volte l'intensità del laser. Strickland e Mourou hanno dimostrato che quest'idea funziona ed è risultato che ci vuole poco per realizzarla.

— A cosa ha portato quest'invenzione?

— A una crescita importante della potenza dei laser. In 30 anni è aumentata di un milione di volte. Inoltre, l'invenzione ha dato un grande slancio alla scienza. Gli scienziati si sono avvicinati a questo campo della fisica che prima era ritenuto inaccessibile.

— Quando il NIYAU MIFI si è unito agli studi?

— Il professor Nikolay Borisovic Narozhny è il responsabile della cattedra di fisica teorica nucleare, è uno degli studiosi più importanti al mondo che si occupa di elettrodinamica quantistica dei campi magnetici. Conosceva Mourou già dagli anni '70 quando lavorarono insieme all'Università di Rochester (USA). Nel 2005 Mourou e Narozhny si incontrarono a una conferenza di fisica dei laser in Giappone e si ricordarono l'uno dell'altro.

L'incontro fu molto proficuo. Una volta che Mourou ascoltò la relazione di Narozhny (sulla nascita di coppie "elettrone e positrone" dal vuoto in un campo magnetico) e quelle di altri studiosi, capì che la sua invenzione poteva dare un forte impulso allo sviluppo della fisica. E se quest'invenzione fosse stata perfezionata, si sarebbero potuti creare quei campi elettromagnetici di cui parlava Narozhny. Mourou pose una domanda: perché doveva essere proprio una coppia "elettrone e positrone"? Forse, aumentando ancor di più l'intensità, il vuoto verrebbe fatto esplodere da queste coppie liberandole in grande quantità. Da lì nacque la sua celebre frase: "Il mio sogno è creare una piattaforma laser che faccia esplodere il vuoto".

— Com'è possibile far esplodere il vuoto?

— Quest'idea nacque durante varie discussioni tra Mourou, Narozny e altri teorici. Un elettrone in un campo laser può scontrarsi con un fotone e generare un'altra coppia "elettrone e positrone" e poi un'altra ancora. Si genera, dunque, una cascata, simile a quelle che si formano quando i raggi cosmici arrivano nell'atmosfera terrestre. Questo "acquazzone" nasce dal nulla se si concentra un laser potente su un unico punto.

Narozny, Fedotov, Korn e Mourou hanno pubblicato uno studio in cui hanno dimostrato che queste cascate si possono sviluppare, il che presuppone che il laser venga interamente convertito in particelle. Questo è quello che viene definito "far esplodere il vuoto". In verità, ci vorrà ancora molto tempo per realizzare quest'idea.

— Come vengono realizzati i progetti di creazione delle piattaforme laser?

— Il progetto più conosciuto è Extreme Light Infrastructure (ELI), un laboratorio in costruzione costituito da tre sezioni differenti in Repubblica Ceca, Romania e Ungheria. Il progetto prevede la creazione di un impianto con intensità pari a 1024 o addirittura 1025 W/cm2. Prima dell'invenzione di Strickland e Mourou l'intensità raggiungeva al massimo i 1015 W/cm2.

Questo è insufficiente per realizzare l'idea di Mourou, ma è già un enorme passo avanti.

Il passo successivo sarà la creazione dell'International Center for Extreme Light Studies (XCELS) dotato della piattaforma laser più potente al mondo che raggiungerà un'intensità di 1026 W/cm2 e oltre. Questa piattaforma è stata progettata da Mourou e altri esperti mondiali del settore presso l'Istituto di fisica applicata dell'Accademia nazionale russa delle scienze a Nizhny Novogorod sotto la direzione dell'attuale presidente dell'Accademia Aleksandr Mikhajlovic Sergeev. Al momento il progetto è in attesa di finanziamenti. Forse, il Premio Nobel conferito a Mourou contribuirà in tal senso.

— Quali altri conseguenze potrà avere il conferimento di questo Premio Nobel?

— Penso che nel mondo si assisterà a un incremento dei finanziamenti per i progetti sul laser. La comunità sta prestando attenzione a questo ambito di studio, molti studenti e ricercatori stanno cominciando ad interessarsene.

Questo è importante anche per il NIYAU MIFI poiché la nostra università è pienamente integrata negli studi di settore, ad esempio nei grandi progetti ELI e XCELS.

Sebbene i laser siano ancora in costruzione, l'infrastruttura di ELI ha già visto la luce. Di recente ho visitato il sito e il direttore del progetto Georg Korn mi ha rivelato che fra i collaboratori al progetto i russi sono il secondo maggior gruppo per numero e molti di questi sono ex studenti del MIFI.

Va detto che il MIFI fornisce un'ottima preparazione ai giovani che decidono di occuparsi di studi sperimentali o teorici sui laser. I laboratori con cui collaboriamo sono all'avanguardia nel settore.

Spero che in alcuni anni verrà avviata la piattaforma ELI e questo sarà il penultimo passo per verificare nella pratica le idee di Mourou basate sui lavori di Nikolay Narozny e di altri fisici teorici.

L'ultimo passo sarà effettuato in Russia se il progetto XCELS riceverà il sostegno che merita.

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Tags:
vuoto, plasma, Laser, Premio Nobel, scienza, Esplosione, USA, Russia
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