[ 🔍 CLICCA PER INGRANDIRE ]

Il primo laser a rubino di Theodore Maiman del 1960 con cristallo di rubino rosso cilindrico e lampada flash a spirale Hughes Research Laboratories

Nel maggio 1960 Theodore Maiman accese il primo laser della storia nei laboratori Hughes in California. Un cristallo di rubino, una lampada flash: da quel momento la luce non fu più la stessa. Il laser, deriso come "soluzione in cerca di un problema", è oggi alla base di internet, della medicina e dell'industria moderna. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO

🎧 Ascolta questo articolo

La teoria di Einstein: l'emissione stimolata di radiazione
Il principio fisico alla base del laser fu formulato da Albert Einstein nel 1917, in un articolo teorico sull'interazione tra radiazione elettromagnetica e materia. Einstein dimostrò che un fotone che colpisce un atomo o una molecola in uno stato eccitato può stimolare l'emissione di un secondo fotone con esattamente la stessa frequenza, la stessa fase e la stessa direzione del fotone incidente. Questo processo, chiamato emissione stimolata, è l'opposto dell'assorbimento (in cui il fotone viene catturato dall'atomo) ed è diverso dall'emissione spontanea (in cui l'atomo emette un fotone in modo casuale). La potenza dell'emissione stimolata è che produce radiazione perfettamente coerente: tutti i fotoni emessi sono identici tra loro. Se si riesce a creare una condizione in cui l'emissione stimolata domina l'assorbimento (inversione di popolazione) e se si fa rimbalzare la luce avanti e indietro in un mezzo amplificante, si ottiene un'amplificazione esponenziale della radiazione coerente: è esattamente il principio del laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).

La corsa al primo laser: un decennio di competizione scientifica
Tra il 1950 e il 1960, i migliori fisici e ingegneri del mondo lavorarono alla realizzazione pratica del principio dell'emissione stimolata. Charles Townes e James Gordon avevano già costruito nel 1953 il maser, la versione a microonde del laser, usando ammoniaca come mezzo amplificante. La sfida successiva era estendere il principio alle frequenze ottiche, molto più alte e tecnicamente molto più difficili da controllare. Nei laboratori IBM, Bell, MIT e di decine di università americane e sovietiche, fisici come Gordon Gould, Ali Javan, Charles Townes e Theodore Maiman gareggiavano su fronti paralleli usando materiali diversi: gas di rubidio, cristalli di uranio, diodi a semiconduttore, gas di elio e neon. La competizione era intensa e i brevetti contestati: Gordon Gould rivendicò per anni la priorità della parola laser e di alcune sue configurazioni, in una battaglia legale che si protrasse per decenni. Ma fu Maiman a vincere la corsa alla dimostrazione pratica.

Il 16 maggio 1960: la notte del rubino
Theodore Harold Maiman nacque nel 1927 a Los Angeles, figlio di un ingegnere elettrico. Si laureò in ingegneria all'Università del Colorado e ottenne un dottorato in fisica alla Stanford University nel 1955. Lavorando ai Hughes Research Laboratories di Malibu, California, Maiman si concentrò sul rubino sintetico come possibile mezzo amplificante per il laser. Molti colleghi avevano scartato il rubino perché i calcoli teorici disponibili indicavano che aveva un'efficienza quantistica insufficiente. Maiman ripetè le misurazioni e scoprì che i dati originali erano errati: il rubino era effettivamente adatto. Il suo design era elegantemente semplice: un cilindro di rubino sintetico di circa 1 centimetro di diametro avvolto da una lampada flash a spirale simile a quelle fotografiche. I due estremi del cilindro erano levigati e specchiati. Il 16 maggio 1960, quando Maiman azionò il flash, il cristallo di rubino emise il primo impulso laser della storia: un fascio di luce rossa coerente, monocromatica e collimata a 694 nanometri. Aveva raggiunto il successo usando componenti per un valore totale di circa 50 dollari.

La ricezione iniziale: "una soluzione in cerca di un problema"
La reazione della comunità scientifica alla notizia del laser di Maiman fu in parte entusiastica e in parte scettica. La rivista Physical Review Letters rifiutò l'articolo di Maiman sulla scoperta, giudicando l'argomento troppo settoriale. Fu pubblicato su Nature. I media scientifici e popolari lo accolsero come una curiosità affascinante ma di applicabilità incerta: alcuni commentatori coniarono l'espressione "una soluzione in cerca di un problema", intendendo che il laser era uno strumento senza un utilizzo pratico ovvio. Questa valutazione si sarebbe rivelata tra le più sbagliate della storia della tecnologia. Nei mesi successivi alla pubblicazione di Maiman, altri laser furono costruiti usando mezzi diversi: il laser a elio-neon di Ali Javan (1960), il laser a semiconduttore, il laser a CO2. Ogni nuovo tipo di laser aprì nuove famiglie di applicazioni, costruendo in pochi anni un campo tecnologico di enorme portata.

Le applicazioni: dalla LASIK alla fibra ottica
Il laser è oggi così pervasivo nella vita quotidiana che quasi non lo percepiamo più come tecnologia. Le telecomunicazioni globali si basano su laser che pompano segnali in fibra ottica: tutta la struttura di internet è sostenuta da fasci di luce laser che viaggiano nel vetro a velocità prossima a quella della luce. La chirurgia oculare LASIK ha eliminato la necessità di occhiali per decine di milioni di persone nel mondo. I codici a barre dei supermercati sono letti da laser a bassa potenza. Il taglio e la saldatura laser hanno rivoluzionato la lavorazione dei metalli e delle materie plastiche nell'industria manifatturiera. La stampa laser, la masterizzazione dei DVD e Blu-ray, i proiettori laser del cinema, i sistemi LIDAR per la guida autonoma, la spettroscopia analitica nei laboratori, il puntamento dei missili militari, la misurazione della distanza Terra-Luna con precisione millimetrica, la separazione isotopica nell'industria nucleare: tutte queste tecnologie dipendono dal principio fisico dimostrato per la prima volta da Maiman il 16 maggio 1960.

Il Nobel che non arrivò: la controversia sul riconoscimento a Maiman
Theodore Maiman non ricevette mai il Premio Nobel per la Fisica, nonostante le sue candidature ripetute e il riconoscimento quasi unanime della comunità scientifica sulla centralità della sua scoperta. Il Nobel per la Fisica del 1964 andò a Townes, Basov e Prokhorov per i lavori teorici sul laser e sul maser. Maiman, autore della prima realizzazione pratica, fu escluso. Le ragioni non sono mai state spiegate ufficialmente dal Comitato Nobel. Maiman ricevette comunque numerosi riconoscimenti internazionali, tra cui il Japan Prize (1987) e il Premio Wolf per la Fisica (1984), spesso definito il premio più vicino al Nobel per importanza. Morì nel 2007 a Vancouver, Canada. La sua esclusione dal Nobel rimane uno degli episodi più discussi nella storia dei premi scientifici, un caso in cui la distinzione tra lavoro teorico e realizzazione pratica ha penalizzato l'inventore a favore dei teorici che avevano preparato il terreno.

Il laser di Theodore Maiman è il simbolo perfetto di come la fisica quantistica teorica di Einstein, elaborata nel 1917, abbia impiegato 43 anni per trovare una realizzazione pratica e poi si sia diffusa in ogni angolo della civiltà umana nel giro di pochi decenni. Quella luce coerente rossa di rubino che Maiman vide per la prima volta il 16 maggio 1960 è oggi nelle nostre sale cinematografiche, nei nostri occhi dopo un'operazione laser, nei cavi di fibra ottica che portano internet fin nel nostro smartphone. La soluzione aveva trovato i suoi problemi, e i problemi erano ovunque.

 

Nessun commento trovato.

Disclaimer
L'indirizzo IP del mittente viene registrato, in ogni caso si raccomanda la buona educazione.