Elemento primordiale che accende la vita. Indagarla ha portato a scoperte che hanno rivoluzionato la nostra società. Il 16 maggio si celebra la giornata internazionale della luce. Ricorrenza decisa nel 2015 dall’Unesco per ricordare il momento in cui, nel 1960, il fisico Theodore Harold Maiman mise in funzione il primo laser. Da allora, lo sviluppo tecnologico non si è più fermato. Oggi ne parliamo con Lorenzo Pavesi, responsabile del laboratorio Nanoscienze del Dipartimento di Fisica.
Richiama le definizioni scientifiche di James Clerk Maxwell che la descriveva come un’onda elettromagnetica, e quella di Isaac Newton che si soffermò sulla sua natura corpuscolare. Per poi arrivare alla famosa equazione di Albert Einstein che confermò la doppia natura ondulatoria e corpuscolare della luce. Ma anche per il fisico Lorenzo Pavesi, che la studia da quasi quarant’anni, la luce resta qualcosa di misterioso. «Se dovessi spiegare semplicemente cos’è luce, direi a chi mi ascolta “Prova a chiudere gli occhi e dimmi cosa vedi”. La luce è fondamentale per la vita che conosciamo. Al sole, ci scaldiamo. Ma perché, o perché si crea l’ombra dietro un oggetto. E ancora, perché i confini dell’ombra di un oggetto non sono netti o cosa provoca la deflessione dei raggi luminosi». Interrogativi che hanno spinto la ricerca ai risultati di oggi e che continuano a stimolare la curiosità di scienziati e scienziate. Ma che legame c’è tra la luce e la ricerca scientifica? «Quando parliamo della scienza e della tecnologia che fa riferimento alla luce ci riferiamo in generale alla fotonica. Come nell’elettronica abbiamo che il moto degli elettroni governa il comportamento dei dispositivi, allo stesso modo nella fotonica i fotoni, ovvero i quanti-corpuscoli di luce, sono gli attori alla base dei vari fenomeni ottici».
La fotonica è una tecnologia abilitante, dalla medicina alle comunicazioni ottiche e all’industria manifatturiera. «Oggi la fotonica è una tecnologia pervasiva che utilizziamo anche senza saperlo», spiega il docente. «Basti pensare ai telefoni cellulari i cui display si basano sulla luce. Al riconoscimento digitale della nostra impronta che avviene su un lettore ottico. O a quello facciale dove il volto è illuminato da una serie di puntini che vengono poi rilevati da sensori ottici restituendo la morfologia facciale caratteristica della persona. I telefoni integrano poi una serie di sensori ottici che possono misurare la frequenza cardiaca o il contenuto dell’ossigeno nel sangue. Questi sono alcuni esempi delle applicazioni della fotonica che sono il risultato di un’attività di ricerca approfondita fatta nel corso degli anni». Secoli di ricerche hanno svelato le proprietà di raggi e fasci luminosi che hanno consentito il loro utilizzo in molteplici ambiti. Molti ancora inesplorati. «Nel gruppo di lavoro internazionale sulle tecnologie emergenti che coordino per conto della Società di Fotonica dell’associazione internazionale degli ingegneri (Ieee) abbiamo deciso di concentrarci su tre applicazioni tecnologiche della fotonica che potranno avere un impatto significativo sulla società: le applicazioni quantistiche della luce, la neurofotonica e la fotonica per contrastare il cambiamento climatico. Per la neurofotonica consideriamo l’applicazione della luce a fini terapeutici e diagnostici in medicina ma anche a scopi di indagine scientifica per comprendere come il cervello forma il pensiero e la coscienza. Per contrastare il riscaldamento globale pensiamo che la fotonica possa offrire molteplici applicazioni sia per svolgere processi industriali con un ridotto consumo energetico che per studiare l’inquinamento o per monitoraggio ambientale». Luce che diventa dunque sinonimo di energie rinnovabili, sostenibilità, innovazione, sapere, benessere.
Tra le scoperte fatte grazie a essa e che hanno rivoluzionato la nostra vita, senza dubbio per il professor Pavesi, al primo posto c’è il laser.
«Consideriamo tutti gli impieghi di questo dispositivo scoperto negli anni sessanta. Da internet e le comunicazioni con la fibra ottica che hanno permesso la società dell’informazione, alle sue applicazioni nell’industria manifatturiera come avviene in trentino grazie a macchine per il taglio di metalli alle applicazioni spaziali». Ma non solo. La luce, dalle radiazioni infrarosse a quelle ultraviolette, ha dato impulso alla microscopia ottica. Oggi è possibile mappare un cervello umano, cosa che fino a qualche anno fa era inimmaginabile. Praticare interventi non invasivi con tecniche endoscopiche. Interfacciarsi con sensori ottici. «Gli sviluppi della ricerca degli ultimi anni hanno permesso lo sviluppo di nuove sorgenti di luce come il laser ad elettroni liberi che hanno permesso alla ‘spettroscopia ottica’ – spiega ancora Pavesi – indagini altamente precise sulla composizione dei materiali o la modificazione delle proprietà dei materiali grazie all’irraggiamento con impulsi estremamente corti. Per esempio recentemente potenti laser focalizzati hanno permesso di raggiungere il sacro graal della fusione nucleare con un guadagno netto di energia anche se ancora per pochi istanti».