Condividi questo articolo:

 
Nuovi materiali

Il Nobel che mette
in riga gli atomi

L’aspetto più promettente è la capacità di ordinare la singola struttura atomica in reticoli diversi da quelli originali e con questi passare a creare nuovi materiali

di Leopoldo Benacchio 13 Luglio, 2014
orologi atomici

E’ uno di quelli che hanno sviluppato il modo per portare gli atomi a 1 milionesimo di grado sopra lo zero assoluto, metterli in ordine come tante uova nel loro contenitore da supermercato e studiare le proprietà di questo particolare stato della materia, dal nome che incute rispetto e mistero: il condensato di Bose Einstein.

Lui è Wolfgang Ketterle, premio Nobel per la Fisica nel 2001, da tempo ricercatore e docente al Mit di Boston, in Italia nei giorni scorsi per ritirare il Premio Galileo Ferraris all’Inrim di Torino, che compie quest’anno i suoi primi 80 anni, precisi precisi, visto che uno dei compiti principali dell’Istituto è conservare l’ora italiana e sviluppare tecniche di misura del tempo e di altre grandezze fondamentali sempre più efficaci. L’Istituto è da qualche mese presieduto e diretto da Massimo Inguscio, uno dei pochi fisici italiani ad avere recentemente avuto da Isi, società specializzata nel campo della valutazione, il riconoscimento di “beautiful mind”, ossia scienziato fra i 3000 più citati al mondo.

Ma che c’entrano gli atomi, un fisico indiano, Bose e uno tedesco, Einstein fra le più belle teste di tutti i tempi con la misura del tempo che si fa con gli orologi? Certamente i nostri orologi da polso, anche quelli da 50 euro, hanno una precisione che i nostri nonni si sognavano, ma qui parliamo di orologi atomici che sbagliano di un secondo ogni milione o diecina di milione di anni.  Ad esempio quello che è a Torino “sbaglia”, per modo di dire, di 1 secondo ogni 300 milioni di anni ed è basato sulle frequenze dell’atomo di Cesio che “pulsa” la bellezza di 9.192.631.770 volte al secondo, altro che le poche decine o centinaia dei nostri orologi a bilanciere o al quarzo. “Vede se io tengo fermo l’atomo posso contare meglio le sue frequenze, così come se leggo l’ora di un orologio fermo sul mio polso sono più preciso che a leggerla dall’orologio di un campanile di chiesa mentre ci passo davanti con l’auto in corsa”, ci dice il premio Nobel come se tutti noi sapessimo come tenere fermo un atomo di Cesio.

La sua semplicità è disarmante, ma ci fa capire come le grandi idee vengono spesso da intuizioni semplici ma profonde e tanto tanto lavoro. Nei quattro laboratori che segue fra Usa e Europa,  Ketterle ha messo a punto, a partire dal 1995, le complesse tecnologie necessarie per “intrappolare” gli atomi con fasci laser e poi farli raffreddare per evaporazione di energia, “esattamente come noi facciamo con il caffè nella tazzina”, ci spiega lasciandoci sempre più stupiti, solo che il caffè qui è rappresentato da un pugno di atomi, per esempio di elio, e la tazzina è un campo magnetico che impedisce loro di sfuggire.  In questo modo porta il reticolo di atomi ordinati a temperature prossime allo zero assoluto, 273 gradi e qualche centesimo sotto quell’altro zero, quello che usiamo per le temperature “umane”.  Il fatto è che la temperatura, nel caso dei gas, è una misura grossolana o meglio media dello stato di agitazione dei singoli atomi che lo compongono, e quindi della loro velocità: più veloci sono più caldo è il gas. A un milionesimo di grado sopra lo zero assoluto sono praticamente fermi e presentano, almeno le particelle della famiglia dei bosoni, dei comportamenti del tutto diversi da quel che hanno in natura. Per esempio gli elettroni, le particelle che trasportano le cariche elettriche, a quelle temperature che non esistono nell’universo se non nei nostri laboratori terrestri, sono tutti allo stesso livello di energia e possono scorrere entro le strutture di atomi così costruite senza alcuna resistenza, abbiamo ricordato i portauova di cartone su suggerimento proprio del professor Ketterle.

Ecco quindi la seconda parte dell’interesse per queste ricerche che sembrano certo affascinanti ma piuttosto accademiche, e invece mai come in questo caso occorre dire che la connessione fra ricerca di base e tecnologia, per arrivare e mantenere quelle temperature, è strettissima e molta strumentazione è stata realizzata ad hoc. Non sono però solo gli orologi atomici a trarre vantaggio da queste scoperte, ogni anno sempre più precise e coinvolgenti, ma ad esempio i superconduttori di corrente, cavi o materiali in cui gli elettroni possono circolare liberamente e non consumare energia per muoversi. Si calcola ad esempio che il 7% dell’energia elettrica distribuita negli Stati Uniti si trasformi in calore e non arrivi a destinazione a causa dell’attrito che gli elettroni trovano nello scorrere dentro il cavo. Si possono oggi fare cavi che trasportano correnti enormi, migliaia di Ampere, grazie a queste ricerche, così come si possono costruire elettromagneti potenti per i treni a levitazione o addirittura quelli alti come una casa a molti piani utili per gli acceleratori di particelle. Quando ci si sottopone a una Rmn poi si sfruttano a fondo, a vantaggio della nostra salute, queste ricerche di fisica a di base tutte confinate in quei pochi milionesimi di grado sopra lo zero assoluto. Ma c’è anche l’optoelettronica e “pezzi” fondamentali per i tanto attesi computer quantistici, che alla fin fine lavora su qubit che devono essere confinati e messi allo stesso livello quantistico tutti, almeno all’inizio, esattamente come accade agli atomi del condensato di Bose Einstein.

L’aspetto più promettente, anche se è difficile fare previsioni, è proprio la capacità di ordinare i singoli atomi in reticoli diversi da quelli originali e con questi passare a creare nuovi materiali.  Ogni singolo passaggio del processo, ha insistito più volte nella sua conferenza il Nobel, è come un pezzo di Lego che io poi devo comporre come credo meglio.  Come mai questo continuo riferirsi al Lego, gli chiediamo, “Ci giocavo tantissimo da ragazzo quando vivevo a Heidelberg”. Piccoli costruttori che ci aprono le porte del futuro.

Leopoldo Benacchio

Leopoldo Benacchio

Astronomo e science writer, scrive sopratutto di stelle, satelliti e razzi http://lblog.it

orologi atomici