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Forse servirà a costruire micro-macchine Forse servirà a costruire micro-macchine UN gruppo di fisici del Massachusetts Institute of Technology (Mit) ha annunciato sulla rivista americana «Science» la realizzazione del primo laser atomico. Prima di entrare nel merito all'annuncio sarà meglio chiarire la natura e il funzionamento del laser normale. Tutto è iniziato con un celebre lavoro di Max Planck del 1900 in cui appare una formula che descrive con stupefacente esattezza la composizione spettrale e in ultima analisi il colore della luce emessa da un corpo caldo, ad esempio il filamento di una lampada, in funzione della sua temperatura. Nel derivare la sua formula Planck assunse che la luce venga trasmessa in pacchetti o quanti di luce, detti comunemente fotoni, la cui energia è Succede al Mit, negli Stati Uniti: «eserciti» di atomi indotti a «marciare al passo» proporzionale alla frequenza della luce. Ne segue che i fotoni violetti hanno energia circa doppia di quelli rossi. I fotoni si comportano come atomi di luce ma sono anche onde dalla lunghezza ben definita. La loro natura duale ondaparticella diviene evidente quando trattiamo con una popolazione di moltissimi quanti la cui distanza relativa è minore della loro lunghezza d'onda. In questo caso i quanti tendono a preferire delle configurazioni coerenti ed a disporsi nello stesso stato. Questa loro tendenza, teorizzata dal fisico indiano Bose e dallo stesso Einstein, è alla base del funziona¬ mento del laser ottico che ben conosciamo. Possiamo immaginare il laser come un contenitore di atomi eccitati in cui gli elettroni stanno in una configurazione di energia superiore a quella solita. In queste condizioni gli atomi tendono a disfarsi dell'energia eccedente emettendola sotto forma di fotoni che escono tutti nella stessa direzione in virtù della proprietà sopra esposta, formando il raggio laser. Per sua natura questo raggio è «coerente»: in pratica tutte le singole onde dei fotoni che lo costituiscono sono rigorosamente allineate e sincronizza¬ te. Secondo la meccanica dei quanti il dualismo onda-materia si estende a qualsiasi porzione di materia e quindi a tutte le particelle ed a tutti gli atomi. Esistono due tipi di particelle, i fermioni e i bosoni, le cui proprietà richiamano alla mente rispettivamente i numeri dispari e quelli pari. Unendo due fermioni otteniamo un bosone, unendo un fermione con un bosone otteniamo un fermione e così via. I bosoni tendono ad aggregarsi nello stesso stato mentre i fermioni obbediscono al «principio di esclusione» di Pauli che lo proibisce. Qualsiasi bosone potrebbe essere usato in linea di principio al posto dei fotoni per costruire un fascio coerente simile a quello del laser. Il difficile sta neh"ottenere bosoni la cui lunghezza d'onda sia sufficientemente grande da superare la distanza tra atomi vicini. Per una particella che non sia un fotone, la lunghezza d'onda è inversamente proporzionale alla massa dell'atomo e alla sua velocità. Conviene quindi trat¬ tare con atomi molto lenti e di massa non troppo elevata. Solo di recente i fisici sono riusciti, usando raggi laser convenzionali e campi magnetici, a intrappolare intere popolazioni di atomi in una zona ristretta al punto in cui la loro natura di onda diventa evidente e gli atomi tendono a radunarsi in una goccia di una nuova forma di materia chiamata «condensato di Bose-Einstein», dove la meccanica dei quanti si esprime in forma macroscopica. Il gruppo dei fisici del Mit è riuscito a produrre gocce contigue ma separate di condensato e a farle interagire ottenendo frange di interferenza che confermano la loro natura ondulatoria. Mettendo in movimento queste gocce di condensato, otteniamo l'analogo atomico del laser convenzionale, cioè un laser in cui i fotoni sono sostituiti da atomi. Va detto che solo l'occhio allenato del fisico riesce a vedere questa analogia. Il laser normale può attraversare un mezzo trasparente mentre un laser