L'attesa è durata più del previsto: 6 minuti oltre l'orario fissato alle 11.45. Ma l'annuncio dei commissari dell'Accademia reale svedese delle scienze di Stoccolma alla fine è arrivato. Il premio Nobel per la fisica 2018 è stato assegnato a Arthur Ashkin, Gérard Mourou e Donna Strickland per i loro “oggetti fatti di luce”: i laser.

I loro lavori hanno rivoluzionato la fisica delle piccolissime dimensioni in cui avvengono processi velocissimi in tempi molto ristretti, si parla di “attosecondi”, frazioni dei femtosecondi, ovvero 10⁻¹⁸ secondi, il tempo stimato con cui avviene il decadimento di un nucleo atomico.

Ashkin, Mourou e Strickland hanno sviluppato, separatamente tra gli anni '70 e '80, strumenti di estrema precisione in un'area di ricerca fino ad allora inesplorata che oggi ha numerose applicazioni mediche e industriali, dalle operazioni chirurgiche ai codici a barre e alle stampanti laser. Siamo di fronte a un tipico esempio di studi di scienza di base che si trasformano in applicazioni straordinarie.

Il premio è stato assegnato per metà a Arthur Ashkin (statunitense, nato nel 1922 a New York) per le sue “pinzette ottiche” (optical tweezers) e le loro applicazioni ai sistemi biologici. Tra le applicazioni biologiche ci sono quelle ai cosiddetti motori molecolari, settore di ricerca cui è stato assegnato il premio Nobel per la chimica nel 2016 (Fraser Stoddard, Sauvage, Feringa). L'invenzione di Ashkin permette di intrappolare oggetti piccolissimi tra i suoi fasci laser, può letteralmente pinzare, con le sue dita laser, particelle, atomi e molecole: con estrema precisione si possono esaminare e manipolare virus, batteri, e altre cellule viventi senza danneggiarle. Le pinze laser di Ashkin sono già utilizzate in molti laboratori, tra cui uno dell'università di Padova.

L'altra metà del premio è stata divisa tra Gérard Mourou (francese, nato nel 1944 a Albertville) e Donna Strickland (canadese, nata nel 1959 a Guelph) per lo sviluppo di metodi che hanno permesso di generare impulsi ottici ad altissima intensità e ultra corti. Grazie alla loro tecnica, nota con il nome di Cpa (chirped pulse amplification), si può prendere un impulso laser molto corto, allungarlo nel tempo, amplificarlo e accorciarlo nuovamente. In questo modo si realizza l'amplificazione dell'impulso. I laser così ottenuti consentono di tagliare o scavare materiali di varia natura con estrema precisione. Grazie proprio a questi laser oggi si realizzano le operazioni chirurgiche agli occhi.

Donna Strickland è stata contattata telefonicamente dal segretario dell'accademia reale svedese delle scienze. “Ero una studentessa di dottorato all'epoca (1985, ndr), molti stavano tentando di amplificare l'impulso, io ho provato a pensare fuori dagli schemi”. Le è stato anche ricordato che è la terza donna di sempre a vincere il premio Nobel per la fisica, dopo Maria Goeppert-Mayer (1963) e Marie Curie (1903). “Pensavo fossero di più, certamente dobbiamo celebrare le donne che studiano la fisica, ce ne sono tante là fuori e io sono onorata di essere una di loro”.

Il premio è stato istituito dal chimico e industriale svedese Alfred Nobel che nel suo testamento, nel 1895, indicò che tutto il suo patrimonio venisse utilizzato per la consegna di questa onorificenza. La prima edizione del premio Nobel si tenne nel 1901. Mentre il premio per la fisiologia o la medicina viene assegnato da 50 esperti del Karolinska Institutet di Stoccolma, l’università medica più prestigiosa di Svezia, i premi per la fisica e per la chimica vengono assegnati dalla Accademia reale svedese delle scienze, quello per la letteratura dall’Accademia di Stoccolma e quello per la pace da una commissione di cinque persone scelte dal Parlamento norvegese. Il premio per l'economia è stato istituito più tardi, nel 1969, e viene finanziato e assegnato dalla Banca di Svezia.

Il premio ammonta a 9 milioni di corone svedesi (870mila euro), da dividersi fra i vincitori. Mercoledì verrà annunciato il premio per la Chimica, venerdì sarà la volta di quello per la Pace, lunedì 8 ottobre quello per l'Economia.

Il dipartimento di fisica e astronomia dell'università di Padova possiede proprio uno dei pochissimi optical tweezer presenti in Italia. “Abbiamo acquisito l'attrezzatura un paio di anni fa grazie a un finanziamento di ateneo” ha spiegato Giampaolo Mistura, professore di fluidodinamica dell'università di Padova. “Oltre che da noi fisici, viene utilizzato dal dipartimento di chimica e da quello di medicina molecolare”.

La ragione per cui la tecnica di Ashkin è arrivata al Nobel, secondo il prof. Mistura, è che permette di studiare la realtà con dei livelli di precisione che prima erano impensabili: le tecniche precedenti consentivano di studiare solo insiemi di molecole mentre questa ha consentito di raggiungere la singola molecola. “Con questi fasci laser si riesce a intrappolare una sferetta molto piccola, di un paio di micron. Le forze esercitate sono molto basse, qualche piconewton. Le forze di questa intensità in natura esistono nelle molecole, come quella del Dna. E questo è diventato il cavallo di battaglia della biofisica, abbiamo studiato la spettroscopia di forza, siamo andati a vedere come il Dna reagisce a varie sollecitazioni meccaniche”.

Le pinze ottiche di Ashkin infatti sono una tecnica che si basa su proprietà fisiche, quelle dei fasci ottici, ma che trova applicazioni ampie al di fuori della fisica (biofisica, sistemi confinati, materia attiva). Il suo successo sta nell'impiego interdisciplinare che se ne fa.

“Noi qui a Padova ad esempio possiamo misurare la viscosità di soluzioni particolari, in particolare stiamo studiando cristalli liquidi, e studiamo come si comporta la viscosità di questi fluidi sulla microscala. Altri esperimenti riguardano le proprietà del Dna, vogliamo vedere cosa succede se iniziamo a tirare la doppia elica, se e come la doppia elica inizia a slegarsi. L'optical tweezer è l'unica tecnica che ci permette di compiere questi esperimenti”.