La scienza vista da vicino – 9 / Un Laser da Nobel: nel 2018 premiata questa tecnologia rivoluzionaria

Il prof. Angelo Pagano ci spiega oggi in maniera molto semplice come funziona un raggio “laser”, la cui tecnologia è stata premiata nel 2018 con l’assegnazione del Premio Nobel per la fisica.

La Reale Accademia delle Scienze di Svezia ha deciso di assegnare il Premio Nobel per la fisica 2018 “per innovazioni rivoluzionarie nel campo della fisica laser”, con una metà ad Arthur Ashkin, dei Laboratori Bell Holmdel, USA, “per le pinze ottiche e la loro applicazione ai sistemi biologici”. L’altra metà è assegnata a Gérard Mourou, Scuola Politecnico di Palaiseau (Francia) e Università del Michigan insieme a Ann Arbor (USA) e Donna Strickland, Università di Waterloo (Canada) “per il loro metodo di generazione di impulsi ottici di alta intensità”. La notizia offre l’opportunità di spiegare, per sommi capi, cosa è un Laser. La parola è un acronimo inglese che significa “amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazione” (r=radiation). I suoi fondamenti furono già intuiti da Albert Einstein che ne descrisse le proprietà. Si pensi ad una torcia elettrica a noi familiare o ad un faretto. Si nota che la torcia produce luce ‘’bianca’’ con un certo grado di direzionalità verso il punto in cui essa è rivolta. La luce bianca ha la caratteristica di ‘’possedere’’ tutti i colori dello “spettro” visibile che vengono rivelati agli occhi come se fossero “fusi” insieme. La luce solare è multi-colorata: la si faccia passare attraverso un prisma (un pezzo di vetro opportunamente orientato) e si osserveranno i colori dell’iride (dal rosso al violetto). La luce LASER è composta da un solo colore (a seconda della sostanza impiegata). La comune torcia produce un fascetto diretto verso un punto distante; ma, più ci si allontana dal punto di inizio e più la luce si disperde; il LASER produce luce che viaggia senza perdere la direzionalità, anche per molti kilometri. La terza caratteristica è la coerenza. Difficile da spiegare con l’analogia. Ci proviamo. La luce solare è prodotta da moltissimi atomi che emettono in modo indipendente. L’emissione di un atomo avviene in un tempuscolo che non ha legami temporali con l’emissione di un atomo adiacente. Si dice che i due atomi emettono in modo casuale. Nel Laser l’emissione avviene in modo stimolato, cioè miliardi di atomi emettono (sotto stimolo) nello stesso istante. Si dice che la luce è coerente. In pratica queste proprietà rendono il LASER uno strumento adatto ad operare su piccole dimensioni con grandi potenze (ad esempio in chirurgia, in metallurgia, ecc…). Noi tutti, almeno una volta, con alta probabilità, abbiamo scoperto le meraviglie del LASER.

Angelo Pagano
(dirigente di ricerca dell’Istituto di Fisica Nucleare di Catania)

 

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