L’assegnazione dei Premi Nobel per la Fisica 2018, avvenuta ieri (2 ottobre), ha premiato tre scienziati che hanno fatto progredire la conoscenza sull’ottica e in particolare sui laser: Arthur Ashkin, Gérard Mourou e Donna Strickland. Si tratta di persone che hanno posto pietre miliari nella Fisica e che hanno decisamente fatto la differenza. A fianco a loro, moltissimi altri illustri studiosi hanno dato contributi significativi. Mi piace citare ad esempio, perché l’ho conosciuto di persona ed è pure stato più volte all’Elba per tenere seminari al riguardo, il Prof. Federico Capasso degli AT&T Bell Labs, che ha sviluppato laser all’infrarosso. Lo cito non per togliere meriti ai vincitori, ma per omaggiare anche il lavoro di chi quelle ricerche ha aiutato a nascere e a progredire.

Uno dei neo premi Nobel è Arthur Ashkin, che negli anni ‘70 ha ideato un geniale metodo per intrappolare piccoli oggetti nel punto di fuoco di un raggio laser opportunamente focalizzato.
Il concetto di “forza” che la vita di tutti i giorni ci suggerisce prevede che per spostare un oggetto occorra necessariamente spingerlo o tirarlo entrandovi in qualche modo in contatto diretto, con le mani o tramite uno strumento. Ben poco intuitivo è invece il fatto che un raggio di luce possa imprimere una forza, cosa che invece provò Ashkin una decina di anni dopo la sua stessa dimostrazione di principio quando, negli anni ‘80, costruì un sistema in grado di spostare virus e batteri, precisamente il virus a mosaico del tabacco (TMV) e il batterio dell’Escherichia coli.

Oggi questo strumento ha assunto il nome di “pinzetta ottica”, più comunemente noto con la denominazione anglosassone “optical tweezers”. Proprio come si usano le pinzette manuali per manipolare piccoli oggetti in chimica e biologia, così esso è in grado di movimentare nelle tre dimensioni xyz piccolissimi campioni, con una precisione tale da renderlo la soluzione ottima in molti casi pratici.

Una pinzetta ottica appare ben più complessa e mastodontica di una normale pinzetta metallica, ovviamente. È costituita da un microscopio per poter seguire visivamente l’effetto della manipolazione integrato a una sorgente laser che, con una serie di lenti, viene focalizzata nel punto di interesse. Questo punto di fuoco può essere spostato in xyz a piacere entro un certo volume, permettendo così di “agganciare” singoli campioni e di posizionarli dove desiderato.

A qualcuno farà forse piacere sapere che nell’ambito della nuova e tanto propagandata “Industry 4.0”, un controller per pinzette ottiche è nato qui all’Elba, presso i laboratori dell’Elbatech ed è stato realizzato per l’Istituto Italiano di Tecnologie (IIT). Si tratta certo di uno solo dei numerosi componenti che costituiscono lo strumento, ma è proprio la parte che controlla il posizionamento della particella intrappolata lungo i tre assi. Questo controller è quindi formato da un’unità di gestione che riceve comandi e coordinate da un computer e da tre copie di una unità di movimentazione su singolo asse. Quest’ultima raggiunge la precisione necessaria perché vi abbiamo implementato un particolare sistema di controllo che corregge istantaneamente la posizione in base ai segnali provenienti da sensori di posizione.

Marco Sartore