Il laser è multicolor

Un fascio di luce laser di solito è di un colore solo. Sul nuovo numero di Science, però, qualcuno ha voluto strafare e ha presentato il primo laser arcobaleno in grado di emettere dalle lunghezze d’onda ultraviolette fino ai raggi X, passando per le sfumature del visibile. Tutto insieme. 

Il valore scientifico non sta però nella spettacolarità del gioco di colori. Lo studio è importante per altri tre motivi. Primo, siamo di fronte a uno dei pochi sistemi che produce raggi X con le stesse caratteristiche del laser (e cioè in cui i fotoni hanno la stessa energia, o lunghezza d’onda, e oscillano all’unisono, in fasci estremamente focalizzati e stretti); secondo, è la più ampia larghezza spettrale (dagli Uv agli X di 7,7 angstrom, per l’appunto) mai ottenuta da una sorgente di luce coerente; terzo, tutto questo non è stato generato con un acceleratore di particelle (i sincrotroni), ma con un apparecchietto che può essere appoggiato su un tavolino. E tutto questo, insieme, rappresenta una grande novità nel campo dell’ottica. Gli onori vanno ai ricercatori del NSF Engineering Research Center dell’Università del Colorado e della Technishe Universitat di Vienna. 

Il trucco per generare fasci laser multicolore sta nel costruire una cosiddetta sorgente di luce supercontinua, cioè un laser capace di emettere luce coerente su un ampio intervallo di energie. Ma perché è così importante creare una radiazione policromatica con le caratteristiche di un laser? Uno dei motivi è che laser a lunghezze d’onda molto corte rendono possibile studiare tutti quei fenomeni fisici che avvengono su scale temporali e spaziali ridottissime, per esempio i flussi di cariche nei materiali, o fotografare i processi molecolari. 

Per ottenerla in casa, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica detta high-armonic generation (HHG), scoperta negli anni ’80, che prevede l’iniezione di luce laser estremamente energetica all’interno di un gas: “Allo stesso modo in cui le corde di un violino emettono suoni quando vengono pizzicate –spiegano i fisici – gli atomi del gas emettono radiazione luminosa se colpiti violentemente da una luce laser”. Utilizzando questo principio fisico e calibrando attentamente il tipo di laser e il gas da utilizzare, i ricercatori sono riusciti a ottenere, in uscita, il fascio laser policromatico con le caratteristiche desiderate. Per esempio, per ottenere i raggi X è stata usata una determinata sorgente a raggi infrarossi: gli elettroni accelerati hanno emesso arcobaleni di raggi X (questi invisibili all’occhio umano) coerenti in un unico fascio. 

La produzione di radiazione coerente con una larghezza spettrale così ampia apre la strada a innumerevoli applicazioni, dalla medicina alla scienza dei materiali e, in generale, a qualsiasi tecnica che coinvolga fenomeni su scala spaziale e temporale molto piccola: “In un esperimento come questo– conclude Henry Kapteyn, autore principale dello studio insieme a Margaret Murnane – ogni regione energetica del fascio di luce permette di guardare cosa accade ad atomi specifici di molecole diverse, e ci permetterà di scoprire come si muovono le cariche elettriche e la fenomenologia microscopica delle reazioni chimiche. Ci vorrà un po’ di tempo, ma è una sfida avvincente”. 

via wired.it

Credit immagine a Tenio Popmintchev and Brad Baxley, JILA, University of Colorado