Il pettine di raggi ultravioletti

In fisica ci sono molti campi di ricerca che richiedono di studiare la materia con una precisione sempre più alta. Per esempio, per calcolare il tempo in maniera davvero accurata, come serve quando si vuole stabilire la velocità e il tempo di volo dei neutrini, i fisici hanno bisogno di orologi atomici sempre più precisi. Potrebbe essere proprio questa una delle più importanti applicazioni del nuovo sistema di emissione di fotoni nell’ultravioletto creato dai ricercatori dell’Università del Colorado. Secondo gli scienziati, lo strumento, capace di emettere tante onde elettromagnetiche a distanze fisse l’una dall’altra, permetterà di analizzare e lavorare lo spettro di radiazione con ancor più attenzione. Lo studio che ne parla è stato pubblicato su Nature.

Si tratta, in sostanza, di una sorta di “pettine di raggi elettromagnetici” con denti equi-distanziati, ovvero una sequenza di impulsi di brevissima durata (meno di un picosecondo, un millesimo di miliardesimo di secondo, tutti alla stessa distanza). I fisici avevano già ottenuto uno strumento del genere in precedenza, ma fino ad ora non erano mai riusciti a far sì che il pettine emettesse nell’ultravioletto. Per ottenere questo risultato, i ricercatori hanno dovuto costruire una sorgente (una cavità ottica simile a quella di un normale laser) che amplificasse la radiazione al suo interno molto più di quanto non si verifichi in un normale laser o nei precedenti strumenti dello stesso tipo. L’obiettivo è stato raggiunto sfruttando le proprietà della risonanza armonica, un fenomeno che prevede che la radiazione elettromagnetica abbia solo frequenze multiple di una determinata frequenza fondamentale.

Lo strumento pensato dai ricercatori statunitensi potrebbe essere usato anche per confermare (o smentire) l’impalcatura su cui si basa il Modello Standard, la teoria che ad oggi si pensa descriva l’Universo. Per fare questo, bisogna dimostrare che un certo parametro – chiamato costante di struttura fine – che mette in relazione le principali grandezze fisiche dell’elettromagnetismo, sia effettivamente costante e non abbia subito variazioni nel corso del tempo. 

Oltre a questa applicazione, che serve allo studio della fisica teorica, e a quella precedentemente accennata nella costruzione di orologi atomici ultrastabili, i potenziali usi del sistema sono numerosi. Potrebbe già oggi permetterebbe analisi spettroscopiche accurate a più lunghezze d’onda contemporaneamente, ma in futuro potrebbe essere usato per costruire telescopi o sistemi di accelerazione delle particelle sempre migliori.

Riferimento: doi: 10.1038/nature.10711; N&W

Creedit per l’immagine: Jun Ye (Università del Colorado)/Nature