NEST: MANIPOLATA L’INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA ALLA VELOCITÀ DELLA LUCE

Il risultato della ricerca, pubblicata dalla rivista scientifica Nature, apre le porte all’osservazione di un’intera nuova classe di fenomeni quantistici e potrebbe consentire di produrre in laboratorio il fenomeno che si ritiene sia la causa dell’“evaporazione” dei buchi neri, oltre che trovare applicazione futura nelle nuove generazioni di tecnologie ottiche per l’informazione.

Pisa, 12 marzo 2009.

Un interruttore ottico in grado di “accendere” l’interazione tra elettroni e fotoni più velocemente della frequenza stessa di oscillazione della luce. Lo ha scoperto e sviluppato un gruppo di fisici italiani, francesi e tedeschi di cui fanno parte i ricercatori del Laboratorio NEST della Scuola Normale Superiore di Pisa e dell’INFM–CNR. Il risultato apre le porte all’osservazione di un’intera nuova classe di fenomeni quantistici e potrebbe svelare il motivo dell’“evaporazione” dei buchi neri oltre che trovare applicazione futura nelle nuove generazioni di tecnologie ottiche per l’informazione.

Nature, la prestigiosa rivista scientifica internazionale, pubblicherà venerdì i risultati del lavoro, concepito dal gruppo del fisico Alessandro Tredicucci presso il Laboratorio NEST. In particolare Aji Anappara, un perfezionando indiano della Scuola Normale, ha progettato la struttura, realizzata dal gruppo della prof. Lucia Sorba, ed ha coordinato poi lo svolgimento dei complessi test sperimentali, che hanno visto la fondamentale collaborazione dell’Università di Costanza e di Parigi 7.

L’interruttore ottico è in grado di “accendere” l’interazione tra elettroni e fotoni in alcuni femtosecondi, più velocemente della frequenza stessa di oscillazione della luce. Un femtosecondo corrisponde ad un milionesimo di miliardesimo di secondo, ed in questo tempo anche la luce, che viaggia a 300.000 km al secondo, è in grado di coprire solo una distanza paragonabile ad un centesimo dello spessore di un capello.

I ricercatori hanno utilizzato degli impulsi laser ultraveloci per “generare” elettroni all’interno di uno speciale cristallo artificiale di materiale semiconduttore. In questa struttura elettroni e fotoni infrarossi si “accoppiano” fortemente e si comportano a tutti gli effetti come delle nuove particelle “miste” in parte radiazione, in parte materia, chiamate polaritoni. Gli scienziati ne hanno osservato per la prima volta la dinamica temporale della formazione, dimostrando come sia possibile far avvenire il processo di accoppiamento su scale temporali inferiori al periodo di oscillazione della luce.

Questo risultato apre le porte per l’osservazione di un’intera nuova classe di fenomeni quantistici che la teoria predice debbano svilupparsi durante il processo di accoppiamento ultraveloce. Tra questi la generazione spontanea di coppie di fotoni gemelli dalla modulazione del campo di vuoto, un processo analogo alla cosiddetta radiazione Hawking, che il noto fisico inglese ha teorizzato venga emessa dai buchi neri e sia all’origine della loro “evaporazione”. Inoltre, questo concetto di modulazione ultraveloce potrebbe trovare applicazione futura nelle nuove generazioni di tecnologie ottiche per l’informazione ad elevatissimo rate.