Pinzette ottiche, il premio per la fisica

Mentre fanno discutere ancora le tesi del fisico Alessandro Strumia sul senso delle donne per la scienza, il Nobel per la fisica dopo cinquantacinque anni torna a una ricercatrice. Si tratta della canadese Donna Strickland, premiata insieme allo statunitense Arthur Ashkin, il più anziano nella storia del Nobel con i suoi 96 anni, e al francese Gérard Mourou.

QUEST’ANNO I GIURATI hanno premiato due scoperte che hanno permesso di trasformare la luce laser in un raffinatissimo utensile per ricercatori, ingegneri e medici. Negli anni Ottanta, Arthur Ashkin ha inventato le cosiddette «pinzette ottiche» (o «laser tweezers»). Sono fasci di radiazione elettromagnetica molto focalizzati in grado di muovere oggetti di scala microscopica, fino ad atomi e molecole, con incredibile precisione e senza danneggiarli. Le «pinzette» si basano sul fenomeno della pressione di radiazione. Infatti, quando un fascio luminoso incide su una superficie, questa subisce una spinta come se fosse investita da una raffica di particelle. Non è solo un’analogia: la luce può essere descritta sia sotto forma di onde elettromagnetiche che di particelle chiamate «fotoni». La pressione della radiazione solare è stata persino usata come «motore» della sonda spaziale giapponese Ikaros, che sfruttando la spinta dei fotoni solari nel 2010 è arrivata fino a Venere.

A METÀ ANNI OTTANTA Ashkin riuscì a realizzare fasci laser combinati che, grazie alla pressione, permettevano di manipolare le molecole ed eseguire osservazioni e esperimenti. La tecnica è stata particolarmente utile nel campo della biofisica. Usando le pinzette ottiche, i biologi hanno potuto investigare il comportamento di virus, proteine e Dna con grande precisione e senza danneggiarli. La tecnologia messa a punto da Ashkin ha consentito di studiare anche i «motori molecolari», molecole in grado di convertire energia chimica in movimenti lineari o rotatori e oggetto del premio Nobel per la chimica di due anni fa.
Strickland e Mourou, invece, sono gli inventori degli impulsi ottici ultracorti ad alta intensità. Nel 1985, i due scoprirono la cosiddetta «amplificazione di impulsi chirped», un processo in tre fasi in cui un impulso elettromagnetico viene prima dilatato nel tempo, poi amplificato in ampiezza e infine compresso di nuovo in un segnale di brevissima durata. Grazie a questa tecnica, si possono ottenere laser a impulsi di altissima intensità concentrata in qualche decina di milionesimo di miliardesimo di secondo. Gli impulsi ottenuti si sono rivelato molto utili per gli scienziati, che li usano per studiare la fisica delle alte energie in presenza di forti campi elettromagnetici. Ma hanno notevoli applicazioni anche dal punto di vista medico e tecnologico, quando si tratta di abbinare potenza e precisione. I laser a impulsi ultracorti sono utilizzati nella chirurgia per la correzione della miopia, e nel taglio di precisione di metalli e vetri.