Con il laser la materia si 'accende'

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Luce e materia, due mondi totalmente differenti nell'aspetto e nel comportamento, almeno fino ad oggi. Un team del Max Planck Institute di Amburgo, insieme con Cristian Manzoni dell'Istituto di fotonica e nanotecnologie (Ifn) del Cnr, ha dimostrato che la materia è soggetta a 'fenomeni strutturali' molto simili a quelli noti per la luce, che permettono, ad esempio, di cambiarne il colore, ottenendo diverse gradazioni di laser. Lo studio è pubblicato su 'Nature Physics'.

"L'effetto, noto con il nome di Irs (Ionic Raman Scattering), è stato ipotizzato ben 40 anni fa, ma solo ora è stato possibile verificarlo sperimentalmente", spiega Manzoni, ora rientrato in Italia, all'Ifn-Cnr di Milano. "La 'generazione' di nuove frequenze è un processo conosciuto nel caso della luce sin dal 1961, quando per la prima volta è stata ottenuta luce blu a partire da un laser rosso al rubino: così è nata la 'Fotonica nonlineare' che ha permesso lo sviluppo di numerosi dispositivi che utilizzano la luce laser".  [immagine]

Esattamente 50 anni dopo, i ricercatori hanno dimostrato che tale fenomeno si può estendere alla materia. "Lanciando vibrazioni particolarmente intense in un cristallo mediante un laser, abbiamo rilevato che l'interazione tra queste vibrazioni può dare origine a oscillazioni della materia nella sua struttura atomica, a frequenze che non sono mai state prodotte, se non con questo metodo, e che potrebbero aprire la strada a nuove proprietà nei materiali", prosegue il ricercatore.

Ma in che senso materia e luce si equivalgono? "La luce è un'onda elettromagnetica che viaggia velocissima nello spazio. In maniera analoga si propagano da un punto all'altro le vibrazioni degli atomi in un corpo. Ce ne rendiamo conto quando osserviamo le onde muoversi sulla superficie del mare".

Nel caso delle particelle che 'compongono' la luce, gli atomi che costituiscono la materia sono caratterizzati da 'stati vibrazionali', che sono come indicatori dell'energia posseduta dagli atomi stessi. Possiamo immaginare i legami tra gli atomi come molle: gli stati vibrazionali misurano la loro energia di vibrazione. Se forniamo molta energia agli stati vibrazionali, possiamo arrivare a un punto di rottura delle molle: a questo stadio la materia presenta un comportamento mai osservato prima. Lo stesso procedimento che si verifica quando si alza il volume dello stereo fino a distorcere una canzone: le vibrazioni, al massimo dell'intensità, producono suoni che non sono presenti nella versione 'pulita'.

Innovative e numerose le applicazioni in ambito scientifico, civile e industriale: "Se pensiamo che sulla luce si basa il laser, grazie al quale possiamo ascoltare la musica, vedere un dvd, leggere a distanza i codici a barre, trasmettere istantaneamente un film all'altro lato del pianeta, lavorare i metalli e operare chirurgicamente, proviamo a immaginare cosa potrà succedere quando si realizzerà un laser di materia", conclude Manzoni. "In alcuni materiali si potranno esaltare le proprietà di superconduttività anche ad alta temperatura, indurre 'transizioni metallo-isolante' oppure aumentare le caratteristiche magnetiche".

Viola Rita

Fonte: Cristian Manzoni, Istituto di fotonica e nanotecnologie, Milano, tel. 02/23996184 , email cristian.manzoni@polimi.it -