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ANNO DELLA LUCE/ Parole d’autore per illuminare 60 anni di conquiste dell’ottica

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Lo studio della luce ha una lunga storia, forse lunga quanto lo stesso sapere umano; e l’Anno Internazionale della Luce 2015 (International Year of Light and Light-based Technologies, IYL 2015), inaugurato il mese scorso, è una grande occasione per ripercorrere le tappe di questa storia, incontrarne i protagonisti, capire le origini e le conseguenze di grandi e piccole scoperte. Un modo per condurre questa ricognizione, almeno per i decenni più recenti, è di ridare la parola direttamente agli scienziati che hanno aperto nuove strade e hanno “illuminato” di nuova luce fenomeni noti da tempo insieme a situazioni inedite e imprevedibili. 

A proporre l’incontro con i “maestri della luce” ci hanno pensato alcune riviste internazionali specializzate: in particolare la rivista Physics, edita dalla American Physical Society, ha proposto una selezione degli articoli originali pubblicati sulla rivista sorella Physical Review che illustrano le scoperte diventata le pietre miliari della attuale scienza della luce.

Si inizia con i due articoli di Charles Townes, premio Nobel statunitense recentemente scomparso, che hanno avviato l’era del laser. Nella metà degli anni ’50, Townes e i suoi colleghi della Columbia University di New York hanno dimostrato che avrebbero potuto produrre una nuova e più utile forma di microonde amplificate. Lo hanno scritto in “Molecular Microwave Oscillator and New Hyperfine Structure in the Microwave Spectrum of NH3” del 1954 e in “The Maser? New Type of Microwave Amplifier, Frequency Standard, and Spectrometer” dell’anno successivo. Il Maser del gruppo della Columbia non era altro che un fascio di molecole di ammoniaca eccitate che potevano emettere le microonde spontaneamente o quando "stimolate" da microonde della stessa lunghezza d'onda. Inviando questo fascio attraverso un tubo di metallo delle giuste dimensioni, le microonde venivano amplificate; la radiazione dalle prime molecole arrivate stimolava l’emissione successiva, generando una radiazione a microonde auto-sostenuta e con una ristretta gamma di lunghezze d'onda, quindi quasi monocromatica.

Il secondo articolo, firmato dal celebre gruppo del General Electric Research Laboratory di Schenectady (New York) guidato da Robert Hall, è del 1962 e racconta l’invenzione del laser a diodi che ha permesso di passare dagli iniziali dispositivi costosi e specializzati ai componenti economici e onnipresenti. Un diodo è un pezzo di materiale semiconduttore che consente alla corrente elettrica di passare in una sola direzione; nel 1962 quei ricercatori hanno scoperto che diodi a base di arseniuro di gallio emettono grandi quantità di luce infrarossa. Al fine di realizzare per questa luce una "scatola" di risonanza equivalente a quelle utilizzata nel maser, Hall e colleghi hanno preso un piccolo cristallo di arseniuro di gallio lucidandone due facce opposte: così, come raccontano nell’articolo, il diodo ha prodotto un raggio laser a infrarossi. 



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