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Radiografie fatte con un raggio di luce RICERCHE A FIRENZE Radiografie fatte con un raggio di luce Sorgenti laser per un nuovo tipo di mammografia CJ E' nebbia. Auto a passo d'uomo, aeroporti chiusi. Quante volte accade? Ah, se potessimo vedere attraverso la nebbia, magari indossando occhiali speciali! Questi occhiali non esistono, ma è lecito chiedersi come potrebbero funzionare. Cioè come si potrebbero localizzare oggetti immersi nella nebbia o in una nuvola. Cerchiamo di capire cosa succede a un raggio luminoso quando incontra un banco di nebbia. Il normale percorso di un raggio di luce segue una linea retta - pensiamo alla perfezione del filo luminoso tracciato da un laser. Ma dentro un banco di nebbia la luce non può propagarsi in modo lineare. La nebbia è composta di milioni di piccole gocce d'acqua che cambiano la direzione dei raggi. I raggi luminosi sono costretti a rimbarcare da una gocciolina all'altra. Questo processo si chiama diffusione. Tutti gli oggetti - nuvole, neve, un bicchiere di latte - diffondono la luce. Benché sia comune, la diffusione della luce riserva ancora molte sorprese ai ricercatori. Nell'ultimo decennio sono stati scoperti affascinanti fenomeni luminosi, che trovano la loro origine nell'interferenza. L'effetto di interferenza avviene quando due onde si incontrano e può portare a un'amplificazione o a un'estinzione delle due onde. Un esempio di interferenza amplificante fra onde sonore è quando un soprano rompe un bicchiere di cristallo facendolo andare in risonanza con il tono vocale giusto. Il fatto che onde luminose possano interferire è noto fin dal XVII secolo, ma che ciò possa avvenire anche in un mezzo disordinato come una nuvola dove le onde vengono caoticamente mescolate è stato scoperto solo di recente. L'interferenza fra onde luminose in un mezzo opaco è possibile perché queste seguono un cammino che è apparentemente casuale ma è in realtà determinato dalla struttura microscopica della nuvola. Se si riflettesse con un piccolo specchio una di queste onde e la si rimandas- se indietro, questa ripercorrerebbe esattamente lo stesso cammino rimbalzando sulle stesse gocce d'acqua dalle quali era venuta. Questa sorprendente proprietà delle onde ci viene in aiuto nel rispondere al nostro problema iniziale, o perlomeno di vederlo da un'altra angolatura: un'immagine nella nebbia non è visibile semplicemente perché la luce è stata mescolata in un modo molto complicato. La sfida è quindi di ricuperare almeno parte dell'informazione dell'immagine dalla luce diffusa in modo da localizzare la posizione dell'oggetto in questione. La possibilità di localizzare un oggetto in un mezzo opaco può portare a svariate applicazioni, ad esempio in medicina. Anche il corpo umano diffonde luce, proprio come la nebbia, ed è questo uno dei motivi per cui non possiamo vedere attraverso il nostro corpo. Per ottenere un'immagine degli organi interni o delle nostre ossa possiamo ricorrere alla radiografia, ma l'uso dei raggi X non è del tutto innocuo: sarebbe molto più semplice usare luce normale. Nei laboratori di ricerca della Philips a Eindhoven, alcuni ricercatori stanno collaudando un dispositivo per eseguire la mammografia sfruttando la luce del laser. Un tessuto tumorale ha proprietà ottiche differenti da quello sano, è quindi possibile distinguerlo attraverso un'analisi con luce diffusa. Questa tecnica prevede l'uso di molte piccole sorgenti e rivelatori di luce piazzati in varie posizioni. Un computer ricostruisce poi l'immagine. Se questo metodo avrà successo, potrà integrare, e in alcuni casi sostituire, la radiografia a raggi X. Le applicazioni mediche sono un buon motivo per studiare il comportamento di luce in mezzi disordinati, ma ci sono aspetti interessanti anche per la ricerca di base. Un fenomeno molto particolare provocato dall'interferenza fra onde luminose in materiali opachi è quel- lo chiamato localizzazione di Anderson, da Phil Anderson, premio Nobel per la fisica. Anderson ha predetto che in alcuni casi l'interferenza tra onde risulta in un totale «intrappolamento» della luce nel mezzo opaco. Come nel caso delle onde sonore nel bicchiere di cristallo, le onde di luce possono andare in risonanza nel mezzo e rimanervi intrappolate. La localizzazione di Anderson è stata dimostrata recentemente al Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare (Lens) a Firenze e all'Università di Amsterdam. La possibilità di intrappolare la luce in una struttura risonante rappresenta un notevole passo avanti per la realizzazione di un materiale che si comporti come un semiconduttore per la luce anziché per l'elettricità. Mentre la localizzazione di Anderson è un fenomeno molto particolare che avviene solo in rari materiali molto opachi, un effetto simile chiamato retrodiffusione coerente (o anche localizzazione debole) ricorre in ogni materiale opaco. Anche la retrodiffusione coerente è dovuta a interferenza fra onde che hanno percorso un lungo cammino disordinato dentro un mezzo opaco e, quindi, può dare diverse informazioni utili sulla struttura interna, come la porosità, e il suo coefficiente di assorbimento. Malgrado sia relativamente semplice da osservare, la retrodiffusione coerente è stata scoperta soltanto dieci anni fa. Con la retrodiffusione coerente si possono rivelare le proprietà ottiche di tutti i materiali opachi. Questo trova, ancora una volta, applicazioni in medicina per rivelare le proprietà ottiche di tessuti umani: ad esempio dei nostri denti. Ma, almeno per ora, in autostrada con la nebbia non ci rimane altro che andare piano. Diederik Wiersma Laboratorio europeo Spettroscopie non lineari, Firenze Il segreto: seguire i fotoni a ritroso nel percorso che li ha diffusi Un computer può ricostruire l'immagine anche se c'è nebbia llluminando con raggi laser un oggetto immerso in un ambiente che diffonde la luce (come succede nella nebbia) ed elaborando al computer la luce diffusa si può riuscire a localizzare l'oggetto