Da Majorana ai “fotoni ubriachi”

di Sabrina Masiero

Da sinistra a destra. Due fasci gaussiani sovrapposti con diversa lunghezza d’onda ed i corrispondenti vortici ottici con carica topologica l=1 e l=2. Per maggiori informazioni, si legga il documento in formato pdf riportato tra le fonti in fondo all’articolo.

Partendo dai lavori del fisico italiano Ettore Majorana del 1932, “Teoria relativistica di particelle con momento intrinseco arbitrario” e da quello del 1937, “Teoria simmetrica dell’ elettrone e del positrone” e nelle note non pubblicate sulla quantizzazione del campo elettromagnetico è stato possibile per Fabrizio Tamburini del Dipartimento di Astronomia dell’Università degli Studi di Padova e per il suo gruppo di collaboratori scoprire nuove proprietà delle luce che avranno molte ed importanti applicazioni pratiche.
Sono delle proprietà particolari del campo elettromagnetico, e quindi della luce – racconta Fabrizio Tamburini  al TGR Leonardo –  che permettono alla luce non solo di oscillare (di avere cioè, una sua lunghezza d’onda) ma, al contempo, di attorcigliarsi su se stessa come un fusillo”. Si parla di vorticità ottiche. “Ogni frequenza – continua ancora Tamburini –  può avere associate un numero enorme di vorticità ottiche. Noi scherzosamente li chiamiamo “fotoni ubriachi” perchè si attorcigliano su se stessi … Sembra si siano beccati una balla di quelle micidiali...”.
Da questo studio quindi, emerge che  un singolo fotone può avere vorticità, una proprietà della luce per far sì di codificare molta informazione anche in una singola particella di luce.

Questo permetterà di vedere molto più in piccolo e molto più in grande, ossia di aumentare la risoluzione dei microscopi ottici e dei telescopi. Molte saranno le applicazioni astronomiche, come per esempio la possibilità di fotografare pianeti di tipo terrestre attorno ad altre stelle e misurare la rotazione dei buchi neri.

Oltre all’astronomia, si registreranno importanti ricadute in ambito medico, biologico e perfino nella nostra vita quotidiana, in particolare sul mondo delle telecomunicazioni: i cellulari potranno avere le frequenze fino a cento volte in più, lasciando la dual band al periodo preistorico del telefonino e del digitale terrestre.

Le ricerche sono state presentate al Celsius Symposium di Uppsala del 2010, per la Celsius-Linnaeus lecture, che quest’anno era dedicata alla ricerca in fisica quantistica e alla vita artificiale. Qui vengono convocati, in presenza dei membri della commissione Nobel, i più promettenti ricercatori. Quest’anno i Celsius lecturer principali erano Anton Zeilinger, il realizzatore del teletrasporto quantistico; Sir Michael Berry, uno dei massimi esponenti della fisica quantistica, e Fabrizio Tamburini, del Dipartimento di Astronomia dell’Università di Padova. Il Linnaeus Lecturer è stato Craig Venter, che recentemente ha fatto parlare di sé per le sue ricerche innovative sulla vita artificiale.

 

Fabrizio Tamburini durante l’intervista per il servizio mandato in onda al TGR Leonardo dopo il suo ritorno da Uppsala nel marzo 2010.

Il gruppo si è formato in seguito ad una collaborazione multidisciplinare fra astronomia, fisica della materia, fisica teorica e nanotecnologie. È composto da Fabrizio Tamburini, Cesare Barbieri, Antonio Bianchini, Filippo Romanato dell’Università degli Studi di Padova che collaborano con Bo Thidé dell’Università di Uppsala (Svezia). Fra i collaboratori italiani ci sono studenti di dottorato Elettra Mari ed Anna Sponselli, studentesse di dottorato e il Post Doc Gabriele Anzolin ora all’ICFO a Barcellona. Altre collaborazioni sono in corso con i maggiori esperti internazionali in questo campo. L’investimento è stato compiuto grazie alla Cassa di Risparmio di Padova e di Rovigo e al grande interesse del Direttore del Dipartimento di Astronomia dell’Università degli  Studi di Padova, Professor Piero Rafanelli.

Questo gruppo di ricercatori è stato il primo a generare dei vortici ottici usando la luce delle stelle con il telescopio di 122 cm dell’Osservatorio Astrofisico di Asiago. Questo primo passo serviva a testare le difficoltà sperimentali per ottenere dei vortici ottici con il massimo contrasto. Lo scopo finale è quello di costruire un coronografo che utilizza il momento angolare orbitale della luce per vedere pianeti extrasolari. La teoria suggerisce che in condizioni ottimali si possono vedere direttamente pianeti di tipo terrestre, “spegnendo” la luce della stella ospite più di un miliardo di volte. È come cercare di vedere la marca di un’auto quando questa è al buio ed ha i fari abbaglianti accesi.

Un risultato di grandissimo prestigio internazionale per i nostri ricercatori, per l’Università italiana  e per il nostro paese che sempre più sperimenta la perdita di ricercatori competenti e qualificati.

Fonte: Università degli Studi di Padova: http://www.unipd.it/uniscienze/articoli/fusilli_luce.html
Articolo in formato pdf per approfondimenti (linkato nella pagina del sito dell’Università di Padova):
http://www.unipd.it/uniscienze/articoli/doc/Vorticita_ottiche_astronomia.pdf .
Video del TGR Leonardo disponibile su YouTube alla pagina:
http://www.youtube.com/watch?v=7Wtg-vsCbdE&feature=player_embedded .

Sabrina

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Autore: Sabrina

Ph Doctor in Astronomy (University of Padova, Italy). Translator of the Official Comic Book of the International Year of Astronomy 2009 (IYA2009), "The Lives of Galileo" by Fiami. Member of The Climate Summit Italia. 2013- Project GAPS (Global Architecture of Planetary Systems)-HARPS-N at INAF-Osservatorio Astronomico di Padova and Telescopio Nazionale Galileo (TNG)-Fundacion Galileo Galilei (La Palma, Canary Islands).

  • mcastel

    Sabrina sei brava e infaticabile!! Io ho una scadenza rognosa oggi e non credo riuscirò a postare. Meno male che ci sei tu! 😉

  • sabrinamasiero

    Caro Marco, aspetto il tuo post, so che posso dire la stessa cosa di te. Sei bravo e infaticabile, non dubito che tutti i tuoi impegni “veri” troverai il tempo per questo nostro piacevole incontro in Redazione! Buon lavoro e buona giornata!! 🙂

  • Mario Pioletti

    articolo molto interessante, tuttavia non riesco a capire la metafora dell'attorcigliamento: ” fotoni ubriachi..che si sono beccati una balla di quelle micidiali”, scusatemi l'incompetenza. Per tutto il resto, grazie per il vostro impegno
    mario

  • mcastel

    Beh in effetti, a volte capita che nel tentativo di cercare metafore “comprensibili” ad un pubblico vasto, uno scienziato pur eccellente trovi espressioni non esattamente felicissime.. :-))

    Grazie per i complimenti Mario!!