Donna Strickland e Gerard Mourou, premi Nobel per la fisica nel 2018

Gérard Mourou e Donna Strickland hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica nel 2018 “per aver spianato la strada verso i più corti e intensi laser mai creati dall’umanità”. Donna Strickland era studentessa di dottorato di Gérard Mourou e nel 1985 pubblicò con il suo supervisor il suo primo articolo scientifico su Optics Communications: il titolo era Compression of Amplified Chirped Optical Pulses. Quello stesso paper, il primo mai pubblicato da Donna Strickland, oggi conta più di 5.600 citazioni ed è il lavoro che viene menzionato dal comitato di Stoccolma nelle motivazioni per l’assegnazione del Nobel.

“All’inizio non eravamo consapevoli che quella sarebbe stata una ricerca che ci avrebbe portato al Nobel” racconta Gerard Mourou a Il Bo Live. “Anche perché la tecnica a cui stavamo lavorando negli anni successivi ha avuto molte modifiche, che l'hanno perfezionata. Quindi all’inizio proprio non me l’ero prefigurato. Ma poi ho cambiato idea”.

Gérard Mourou sarà al Festival della scienza di Genova lunedì 26 ottobre a raccontare la scoperta che è valsa ai due il prestigioso riconoscimento.

Mourou e Strickland a metà anni ‘80 hanno sviluppato un metodo che ha permesso di generare impulsi ottici ad altissima intensità e ultra corti. La tecnica si chiama Cpa (chirped pulse amplification) e permette di prendere un impulso laser molto corto, allungarlo nel tempo, amplificarlo e accorciarlo nuovamente: in questo modo si realizza l'amplificazione dell'impulso.

“Quando ho ricevuto la chiamata da Stoccolma era il primo martedì di ottobre, 11.30, stavo per andare in piscina, come faccio ogni giorno. La mia segretaria mi fermò e mi disse che c’era in linea una chiamata intercontinentale. Presi il telefono e sentii ‘sono molto onorato di comunicarle che ha vinto il Nobel per la fisica… e lo dividerà con la sua studente di dottorato, Donna Strickland’. Ero felicissimo e per me Era proprio la ciliegina sulla torta. In quasi 120 anni di storia il Nobel l’hanno vinto in 250 uomini e solo 3 donne, tra cui Donna Strickland. Ho sempre avuto un rapporto eccellente con lei". Proprio quest'anno se n'è aggiunta una quarta, Andrea Ghez.

Non è facile farsi venire in mente un progetto di ricerca da Nobel, né Gerard Mourou era consapevole di averne partorito uno quando lo propose come tesi di dottorato a Donna Strickland. “Devi essere nel settore da tanti anni, poi può capitare che unisci i puntini e… ti esce la pepita! Io stavo pensando a questa idea da un po’ di tempo, la proposi a Donna e lei la fece funzionare!”.

I laser ad alta intensità oggi hanno applicazioni sia nella società, sia nella ricerca. “Le applicazioni scientifiche servono a studiare come la luce ad alta intensità interagisce con la materia. Si possono ad esempio accelerare particelle con questi laser, in un modo molto compatto. Di solito quando parliamo di acceleratori pensiamo al Cern, che ha un diametro di 27 km. Con i laser possiamo farlo in maniera molto efficiente. Inoltre possiamo studiare e come la luce si propaga nel vuoto. Il suono non lo fa ad esempio. Quindi dobbiamo capire cos’è il vuoto e per farlo possiamo romperlo: al Cern per scoprire nuove particelle schiantano una particella contro l’altra e vedono di cosa sono fatte. Con il vuoto funziona in modo simile, vogliamo capire di cosa è composto, vogliamo capire la natura della materia oscura. Con i laser ad alta intensità lo si può capire”. In linea di principio si possono compiere esperimenti che di solito occupano grandi laboratori in spazi molto più piccoli, con strumenti diversi.

Per quanto riguarda le applicazioni nella società, dei laser a impulso corto si scoprì presto che potevano interagire con oggetti molto piccoli “Puoi aumentare la temperatura della materia al punto da depolarizzarla, e con i nostri laser si può fare con estrema precisione. Una bella applicazione si ha in oftalmologia, si può usare questa proprietà per tagliare la cornea e lo puoi fare con grande precisione, d’altronde per la chirurgia oculare vuoi estrema precisione, è il tuo occhio!”.

Un altro esempio di applicazione è nel campo energetico: “Sappiamo che non siamo in grado di produrre energia senza danneggiare il pianeta, quando produciamo energia spesso emettiamo anche anidride carbonica. Questi laser potrebbero rendere ad esempio l’energia nucleare più sostenibile. L’energia prodotta nelle centrali nucleari produce anche scorie nucleari, non molte, ma durano per molto tempo. Una cosa che possiamo fare è prendere i nuclei di queste scorie e romperli. La natura ci impiegherebbe migliaia, anche milioni di anni. Con i laser si possono produrre neutroni e usarli per rompere i nuclei dei materiali radioattivi, la chiamiamo trasmutazione, in modo da renderli meno tossici”.

Un premio Nobel è un’enorme soddisfazione, ma anche una grande responsabilità. “Quando vinci un Nobel ti chiedi ‘e adesso cosa farai? Adesso puoi andare in pensione!’ ti dicono. Ma non è esattamente così. Quando vinci un Nobel devi tentare di usarlo, per il bene dell’umanità. Il motto di Alfred Nobel è ‘per il bene dell’umanità’ e mi piace davvero questo motto. È la ragione per cui sono impegnato a usare il laser in applicazioni di fisica nucleare, perché come ho detto è molto difficile produrre energia senza distruggere il pianeta. Potremmo però usare l’energia nucleare, che è molto abbondante e la sua produzione è libera da anidride carbonica, se imparassimo a usarla bene sarebbe la strada giusta”.