Ho puntato il laser sul Nobel
Giuliano Aluffi , di Giuliano AluffiDonna Strickland ha avuto il premio per una tecnologia rivoluzionaria che oggi si usa per la chirurgia, in astrofisica, nell’industria... E pensare che lei non voleva studiare fisica
Congratulazioni, Hannah, tua madre ha vinto il Nobel». «Ma no, le hanno solo hackerato il telefono». Lo scambio di battute, vagamente surreale, è avvenuto la mattina del 2 ottobre scorso tra due studentesse di astrofisica dell’Università di Toronto. Una di loro, Hannah, è la figlia di Donna Strickland, che in effetti proprio quella mattina ha ricevuto il Nobel per aver sviluppato una tecnologia di potenziamento dei raggi laser detta Chirped Pulse Amplification (Cpa). Ma la sua strana risposta si spiega. «Quando ho saputo del premio erano le 5.15 del mattino» ci racconta la madre al telefono, «così invece di telefonare, ho mandato messaggi. L’estate scorsa però un hacker si era intrufolato nel telefono di Hannah e aveva inviato messaggi a nome suo. Così, quando lei ha letto quello che le avevo scritto, ha pensato di trovarsi di nuovo alle prese con un hacker. Ha creduto al Nobel solo quando …
Congratulazioni, Hannah, tua madre ha vinto il Nobel». «Ma no, le hanno solo hackerato il telefono». Lo scambio di battute, vagamente surreale, è avvenuto la mattina del 2 ottobre scorso tra due studentesse di astrofisica dell’Università di Toronto. Una di loro, Hannah, è la figlia di Donna Strickland, che in effetti proprio quella mattina ha ricevuto il Nobel per aver sviluppato una tecnologia di potenziamento dei raggi laser detta Chirped Pulse Amplification (Cpa). Ma la sua strana risposta si spiega. «Quando ho saputo del premio erano le 5.15 del mattino» ci racconta la madre al telefono, «così invece di telefonare, ho mandato messaggi. L’estate scorsa però un hacker si era intrufolato nel telefono di Hannah e aveva inviato messaggi a nome suo. Così, quando lei ha letto quello che le avevo scritto, ha pensato di trovarsi di nuovo alle prese con un hacker. Ha creduto al Nobel solo quando l’amica le ha detto che ne stavano parlando in tv».
La notizia del Nobel suscita spesso sorpresa in chi lo riceve. In questo caso, per di più, è stato assegnato a una vecchia pubblicazione: un paper di tre pagine uscito nel 1985 sulla rivista Optics Communications. Ma quella che vi si spiegava era una tecnologia davvero rivoluzionaria. Grazie a questa il laser (emissione di fotoni, particelle della luce, sincronizzati e orientati in un’unica direzione, a differenza dei normali fasci di luce dove i fotoni si spostano in direzioni diverse) ora è usato per applicazioni che vanno dalla chirurgia oculare al taglio ultrapreciso del vetro degli smartphone e alla ricerca astrofisica (con questi laser si possono ricreare per brevissimo tempo condizioni estreme come il calore nel nucleo delle stelle). Nel futuro con il laser si potrebbe perfino risolvere il problema delle scorie nucleari, intervenendo sui nuclei dei loro atomi per ridurre l’emissione di radiazioni, oppure costruire acceleratori di particelle migliaia di volte più piccoli degli attuali. Donna Strickland e Gérard Mourou, che quasi 35 anni fa ha ideato con lei il laser Cpa, vincendo anche lui il Nobel, ne parleranno domenica 14 aprile al National Geographic Festival delle Scienze di Roma.
Perché Donna Strickland si è dedicata proprio ai laser?
«C’entra la timidezza. All’Università di Waterloo c’erano mia sorella e gli amici di sempre. Così, dopo le superiori, per essere costretta a conoscere gente nuova, decisi di andare altrove, cioè alla McMaster University di Hamilton, sempre nell’Ontario. Lì avevano un programma, che mi sembrò divertente, sui laser. Ben prima che diventassero famosi per Star Wars».
Padre ingegnere, madre letterata. Come ha scelto la fisica?
«Nell’ultimo anno del liceo ho vinto il premio come miglior studentessa di questa materia. Il mio docente scrisse per l’occasione un discorso che finiva con la domanda: “È l’inizio di una carriera nella fisica?”. Confesso che pensai: “Speriamo di no!”. A quei tempi i fisici erano bollati come nerd. Ma poi alla Mc Master trovai la mia strada. E oggi la fisica è perfino di moda, grazie a The Big Bang Theory».
È un mondo aperto alle donne? Finora solo altre due scienziate hanno avuto il Nobel: Marie Curie nel 1903 e Maria Goeppert Mayer nel 1963.
«Beh, Marie Curie è inarrivabile, vinse anche un secondo Nobel, per la chimica. Maria Goeppert Mayer ebbe il premio per aver costruito il modello a guscio del nucleo atomico, e ha una storia particolare, che in effetti mostra gli ostacoli incontrati dalle scienziate nel ‘900. Lei seguì il marito chimico, Joseph Mayer, alla Johns Hopkins University e alla Columbia. Ma entrambi gli atenei per anni pretesero che conducesse le ricerche da volontaria, senza retribuzione. Per il mio campo di ricerca è stata fondamentale, perché intuì che un atomo poteva assorbire più fotoni, una teoria confermata vent’anni dopo grazie all’invenzione del laser».
Come siete riusciti a rendere così potenti i laser?
«Volevamo aumentare di migliaia di volte la loro intensità, ma amplificare direttamente un impulso laser significava danneggiare l’amplificatore con picchi di potenza che questo non poteva sopportare. A Gérard venne l’idea giusta: bisognava prima “stirare” nel tempo un impulso ultrabreve, in modo da ridurne la potenza di picco, poi amplificarlo e infine, al di fuori dell’amplificatore, comprimerlo fino alla durata originaria. Così si sarebbero ottenuti impulsi molto intensi e molto brevi: un milionesimo di miliardesimo di secondo. Io ho lavorato notte e giorno per un anno per far sì che questa idea diventasse realtà e ho creato il “martello laser”».
Perché “martello”?
«Se oriento un normale puntatore laser, quelli che si usano sulle lavagne, verso il cielo, lo accendo e lo spengo dopo un secondo, ho emesso un impulso luminoso lungo 300 mila chilometri. I fotoni sono distribuiti lungo tutta questa lunghissima linea. Con la nostra tecnologia, invece, li comprimiamo in un raggio lungo soltanto un terzo di millimetro. E li focalizziamo con una lente perché colpiscano una superficie ancora più ristretta, di pochi micron. È questa compressione dei fotoni che rende il laser Cpa così potente. È una questione di densità: se ci schizzano addosso dell’acqua non ci fa male, ma se ci tirano dei cubetti di ghiaccio, l’impatto è ben diverso perché il ghiaccio è più duro. Lo stesso succede con il laser».
Qual è il futuro di questa tecnologia?
«Il laser è la tecnologia principale di questo secolo. È sempre più usato in medicina, per la chirurgia dell’occhio (per correggere miopia, astigmatismo e presbiopia modellando il tessuto della cornea, ndr), si userà a breve in cardiochirurgia, si usa nei sensori a fibre ottiche per monitorare i cambiamenti del permafrost col riscaldamento globale. Ma è prezioso anche in astrofisica e in tanti altri campi».
Tra l’altro si parla di astronavi minuscole, che si potrebbero spingere verso le stelle con un laser sparato dalla Terra, capace di muoverle a enorme velocità come fa il vento con le vele. Secondo lei la “vela laser” ci porterà lontano?
«La luce esercita una pressione, quindi è di sicuro possibile pensare a una “vela di luce”. La domanda è quanto grande, e costoso, dovrebbe essere il laser per spingere un oggetto nello spazio».
Dai viaggi nello spazio a quelli nel tempo: se lei potesse tornare ai suoi 15 anni, quale suggerimento si darebbe?
«A quella ragazzina direi che si deve essere aperti a tutte le opportunità e fidarsi dell’istinto. Due cose che, in effetti, ho fatto: quindi si potrebbe dire che ho sempre dato retta alla me stessa matura che arrivava dal futuro».
(Sul Venerdì del 5 aprile 2019)
La notizia del Nobel suscita spesso sorpresa in chi lo riceve. In questo caso, per di più, è stato assegnato a una vecchia pubblicazione: un paper di tre pagine uscito nel 1985 sulla rivista Optics Communications. Ma quella che vi si spiegava era una tecnologia davvero rivoluzionaria. Grazie a questa il laser (emissione di fotoni, particelle della luce, sincronizzati e orientati in un’unica direzione, a differenza dei normali fasci di luce dove i fotoni si spostano in direzioni diverse) ora è usato per applicazioni che vanno dalla chirurgia oculare al taglio ultrapreciso del vetro degli smartphone e alla ricerca astrofisica (con questi laser si possono ricreare per brevissimo tempo condizioni estreme come il calore nel nucleo delle stelle). Nel futuro con il laser si potrebbe perfino risolvere il problema delle scorie nucleari, intervenendo sui nuclei dei loro atomi per ridurre l’emissione di radiazioni, oppure costruire acceleratori di particelle migliaia di volte più piccoli degli attuali. Donna Strickland e Gérard Mourou, che quasi 35 anni fa ha ideato con lei il laser Cpa, vincendo anche lui il Nobel, ne parleranno domenica 14 aprile al National Geographic Festival delle Scienze di Roma.
Perché Donna Strickland si è dedicata proprio ai laser?
«C’entra la timidezza. All’Università di Waterloo c’erano mia sorella e gli amici di sempre. Così, dopo le superiori, per essere costretta a conoscere gente nuova, decisi di andare altrove, cioè alla McMaster University di Hamilton, sempre nell’Ontario. Lì avevano un programma, che mi sembrò divertente, sui laser. Ben prima che diventassero famosi per Star Wars».
Padre ingegnere, madre letterata. Come ha scelto la fisica?
«Nell’ultimo anno del liceo ho vinto il premio come miglior studentessa di questa materia. Il mio docente scrisse per l’occasione un discorso che finiva con la domanda: “È l’inizio di una carriera nella fisica?”. Confesso che pensai: “Speriamo di no!”. A quei tempi i fisici erano bollati come nerd. Ma poi alla Mc Master trovai la mia strada. E oggi la fisica è perfino di moda, grazie a The Big Bang Theory».
È un mondo aperto alle donne? Finora solo altre due scienziate hanno avuto il Nobel: Marie Curie nel 1903 e Maria Goeppert Mayer nel 1963.
«Beh, Marie Curie è inarrivabile, vinse anche un secondo Nobel, per la chimica. Maria Goeppert Mayer ebbe il premio per aver costruito il modello a guscio del nucleo atomico, e ha una storia particolare, che in effetti mostra gli ostacoli incontrati dalle scienziate nel ‘900. Lei seguì il marito chimico, Joseph Mayer, alla Johns Hopkins University e alla Columbia. Ma entrambi gli atenei per anni pretesero che conducesse le ricerche da volontaria, senza retribuzione. Per il mio campo di ricerca è stata fondamentale, perché intuì che un atomo poteva assorbire più fotoni, una teoria confermata vent’anni dopo grazie all’invenzione del laser».
Come siete riusciti a rendere così potenti i laser?
«Volevamo aumentare di migliaia di volte la loro intensità, ma amplificare direttamente un impulso laser significava danneggiare l’amplificatore con picchi di potenza che questo non poteva sopportare. A Gérard venne l’idea giusta: bisognava prima “stirare” nel tempo un impulso ultrabreve, in modo da ridurne la potenza di picco, poi amplificarlo e infine, al di fuori dell’amplificatore, comprimerlo fino alla durata originaria. Così si sarebbero ottenuti impulsi molto intensi e molto brevi: un milionesimo di miliardesimo di secondo. Io ho lavorato notte e giorno per un anno per far sì che questa idea diventasse realtà e ho creato il “martello laser”».
Perché “martello”?
«Se oriento un normale puntatore laser, quelli che si usano sulle lavagne, verso il cielo, lo accendo e lo spengo dopo un secondo, ho emesso un impulso luminoso lungo 300 mila chilometri. I fotoni sono distribuiti lungo tutta questa lunghissima linea. Con la nostra tecnologia, invece, li comprimiamo in un raggio lungo soltanto un terzo di millimetro. E li focalizziamo con una lente perché colpiscano una superficie ancora più ristretta, di pochi micron. È questa compressione dei fotoni che rende il laser Cpa così potente. È una questione di densità: se ci schizzano addosso dell’acqua non ci fa male, ma se ci tirano dei cubetti di ghiaccio, l’impatto è ben diverso perché il ghiaccio è più duro. Lo stesso succede con il laser».
Qual è il futuro di questa tecnologia?
«Il laser è la tecnologia principale di questo secolo. È sempre più usato in medicina, per la chirurgia dell’occhio (per correggere miopia, astigmatismo e presbiopia modellando il tessuto della cornea, ndr), si userà a breve in cardiochirurgia, si usa nei sensori a fibre ottiche per monitorare i cambiamenti del permafrost col riscaldamento globale. Ma è prezioso anche in astrofisica e in tanti altri campi».
Tra l’altro si parla di astronavi minuscole, che si potrebbero spingere verso le stelle con un laser sparato dalla Terra, capace di muoverle a enorme velocità come fa il vento con le vele. Secondo lei la “vela laser” ci porterà lontano?
«La luce esercita una pressione, quindi è di sicuro possibile pensare a una “vela di luce”. La domanda è quanto grande, e costoso, dovrebbe essere il laser per spingere un oggetto nello spazio».
Dai viaggi nello spazio a quelli nel tempo: se lei potesse tornare ai suoi 15 anni, quale suggerimento si darebbe?
«A quella ragazzina direi che si deve essere aperti a tutte le opportunità e fidarsi dell’istinto. Due cose che, in effetti, ho fatto: quindi si potrebbe dire che ho sempre dato retta alla me stessa matura che arrivava dal futuro».
(Sul Venerdì del 5 aprile 2019)