Osservare l'infinitamente piccolo, come il movimento degli elettroni, utilizzando impulsi laser che durano attosecondi, l'unità di misura pari a un miliardesimo di miliardesimo di secondo: è quanto ha permesso di fare la ricerca che si è aggiudicata il Nobel per la Fisica 2023 e che apre a nuovi sviluppi in molti campi: da dispositivi elettronici miniaturizzati alla possibilità di osservare i meccanismi alla base delle reazioni chimiche, fino alla biomedicina. Ad aprire questa porta sui segreti di atomi e molecole sono state le ricerche di Pierre Agostini, Ferenc Krausz e Anne L'Huillier.
"È entusiasmante vedere cose mai viste prima", ha detto Krausz, 61 anni, direttore dell'Istituto Max Planck per l'Ottica quantistica a Garching e docente all'Università Ludwig-Maximilians di Monaco. È il secondo ungherese premiato con il Nobel nel 2023, dopo la collega Katalin Karikò. È stato "un momento incredibile, che non dimenticherò mai", ha detto ricordando la sua scoperta, che nel dicembre 2001 ha annunciato il primo passo nell'attofisica, la scienza del superveloce che permette di cogliere frazioni di tempo impercettibili. In un articolo sulla rivista Nature, Krausz aveva descritto la prima misura in assoluto di un processo elettronico nella scala dell'attosecondo. Era arrivato a un risultato simile il fisico sperimentale di origini francesi Agostini, che oggi vive negli Stati Uniti, dove insegna nell'Ohio State University.
A gettare le basi che avevano portato a quel risultato era stata nel 1987 la francese Anne L'Huillier, 65 anni, quinta donna in oltre un secolo a vincere il Nobel per la fisica. Nel 2022 è stata anche la prima donna, dopo 44 anni, a ricevere il premio Wolf per la fisica.
La sua era una ricerca di base, che l'aveva portata a osservare che la luce laser infrarossa trasmessa attraverso un gas nobile produceva molte 'tonalità' diverse, causate dall'interazione della luce laser con gli atomi del gas. "Mi rendevo conto di trovarmi di fronte a qualcosa di nuovo, inaspettato e imprevisto", ha detto L'Huillier nell'intervista alla Fondazione Nobel. Un'intervista frettolosa, rilasciata nel corridoio dell'Università svedese di Lundt, dove insegna: "Adesso sono un po' indaffarata", è stata la sua prima risposta; perfino della telefonata che le ha annunciato il Nobel ha detto: "Sono stata felice della notizia, ma poi ho continuato a fare lezione". La fisica francese ha comunque trovato il tempo per osservare come, "per anni, quelle osservazioni non sono state comprese. Soltanto molto tempo dopo si è cominciato a pensare alle possibili applicazioni", e "ancora adesso, a distanza di 30 anni, continuiamo a imparare cose nuove".
Fra i pionieri di queste ricerche, la Fondazione Nobel cita il gruppo del Politecnico di Milano diretto da Mauro Nisoli e nato grazie a Orazio Svelto, il pioniere della ricerca sui laser che ha lavorato a lungo al Politecnico di Milano e al quale si devono ricerche importanti sugli impulsi ottici ultrabrevi. Proprio Nisoli nel 1997 andò nel laboratorio di Krausz a Vienna per applicare la compressione di impulsi laser ad alta energia con la tecnica di fibra cava (basata sull'uso di un capillare di vetro riempito con gas nobili), messa a punto al Politecnico. "Krausz - ha detto Nisoli - ha usato proprio questi impulsi compressi per generare per la prima volta i suoi impulsi ad attosecondi. Quindi possiamo dire di aver dato un contributo molto importante". C'è un italiano anche fra i collaboratori di L'Huillier, anche lui citato dalla Fondazione Nobel: è Marco Bellini, dell'Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche.
È andato a "tutti gli amici, i colleghi e i collaboratori direttamente o indirettamente hanno contribuito alle mie ricerche", il primo pensiero di Krausz all'annuncio del Nobel. "Sono grato a ognuno di loro", ha aggiunto riferendosi a questo grande lavoro di squadra nel quale ha avuto un ruolo anche l'Italia e che, ha detto ancora il fisico ungherese, ha reso possibile osservare i movimenti "più veloci al di fuori del nucleo atomico che si verificano in natura".
La francese Anne L’Huillier è la quinta donna in oltre un secolo a vincere il Nobel per la fisica. Fra i premiati del 2023 c’è anche il secondo ungherese, Ferenc Krausz, all’indomani del Nobel per la Medicina a Katalin Karikò.
La prima donna a vincere il Nobel per la Fisica è stata Marie Curie, nel 1903; 60 anni dopo è stata la volta di Maria Goeppert-Mayer (1963); ancora un lungo intervallo prima del riconoscimento a Donna Strickland nel 2018 e dopo due anni è arrivato il Nobel per Andrea Ghez (2020); a tre anni di distanza è la volta di un’altra donna, la francese Anne L’Huillier (65 anni).
Nata nel 1958 a Parigi, L’Huillier ha studiato nell’Università Pierre e Marie Curie, a Parigi. Dal 1986 al 1993 ha lavorato nel Centro francese di Ricerche Nucleari di Saclay (Francia). Nel 1994 si è trasferita in Svezia, nell’Università di Lund. E’ membro dell’Accademia svedese delle Scienze e socio straniero dell’Accademia nazionale delle Scienze degli Stati Uniti e dell’Accademia Nazionale dei Lincei.
Ferenc Krausz (61 anni) è nato nel 1962 in Ungheria, a Mór ed è il secondo ungherese a vincere il Nobel nel 2023. Ha studiato a Vienna, dove nel 1991 ha conseguito il dottorato presso l’Università Tecnologica; attualmente vive in Germania, dove dirige l’Istituto Max Planck per l’Ottica quantistica a Garching e insegna nell’Università Ludwig-Maximilians di Monaco.
Il francese Pierre Agostini ha studiato nell’Università Aix-Marseille, dove ha completato il dottorato nel 1968. E’ un fisico sperimentale e attualmente vive e lavora negli Stati Uniti, nella Ohio State University a Columbus.
Parisi, la scoperta ha aperto vie inesplorate
Il Nobel per la Fisica 2023 ha aperto nuove vie inesplorate e potrà portare ad applicazioni che potranno avere conseguenze nella vita di tutti i giorni. Così il Nobel Giorgio Parisi, vicepresidente dell'Accademia dei Lincei, commenta il premio assegnato oggi dall'Accademia svedese delle scienze. "Grande e viva soddisfazione per i nuovi tre premi Nobel per la Fisica. che con i loro studi hanno fornito all’umanità strumenti per esplorare il mondo degli elettroni all’interno degli atomi e delle molecole", osserva Parisi, premiato nel 2021 per i suoi studi sulla complessità. "Le loro ricerche - ha proseguito - aprono strade inesplorate per la conoscenza che avranno rilessi sulla vita di tutti".
Rivedi la premiazione
La Fisica del superveloce: dalle istantanee degli elettroni verso nuovi materiali
Hanno ottenuto lampi di luce laser abbastanza brevi da catturare delle istantanee di elettroni in rapido movimento: per questo Anne L'Huillier, Ferenc Krausz e Pierre Agostini sono stati premiati con il Nobel per la Fisica. Dall'inizio degli anni 2000 le loro ricerche hanno aperto la porta su un mondo completamente inesplorato, quello dell'infinitamente piccolo, e capace di far sentire i suoi effetti in molti campi, a partire dall'elettronica fino alla chimica e alla medicina.
Anne L'Huillier ha scoperto un nuovo effetto dell'interazione della luce laser in atomi di gas, Pierre Agostini e Ferenc Krausz hanno dimostrato che quell'effetto poteva essere utilizzato per creare impulsi di luce più brevi di quanto fosse possibili, ossia della durata misurabile in attosecondi: intervalli di tempo infinitesimi, considerando che un attosecondo è pari a un milionesimo di milionesimo di milionesimo di secondo.
Un attosecondo è stato misurato come il tempo che la luce impiega per attraversare una singola molecola d'acqua: è la frazione di tempo nella quale la molecola si percepisce completamente immobile, come fosse congelata. Le vibrazioni che in condizioni naturali avvengono in una molecola richiedono infatti decine di migliaia di attosecondi e il movimento di rotazione avviene in milioni di attosecondi. Anche il movimento rapidissimo degli elettroni viene misurato in termini di centinaia e migliaia di attosecondi e la singola oscillazione di un'onda di luce visibile occupa migliaia e migliaia di attosecondi.
Poter governare queste misure ha segnato l'inizio dell'attofisica, la scienza dei fenomeni superveloci. La sfida è riuscire a osservare fenomeni altrimenti invisibili, come il movimento degli elettroni negli atomi e nelle molecole e riuscire a controllarlo. Sono possibilità che sanno di fantascienza, ma che grazie alle ricerche dei tre Nobel sono ora più vicine alla realtà. Si potrebbe pensare, per esempio, a osservare il movimento degli elettroni all'interno delle molecole della vita per capire processi biologici fondamentali, significa avere uno strumento cruciale per sviluppare l'elettronica molecolare, i cui i componenti elettronici sono costituiti da singole molecole. Si potrebbero inoltre immaginare dispositivi sempre più miniaturizzati e celle solari più efficienti nelle quali gli elettroni si muovo in modo ordinato.
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