Crediti: Library of Congress, Prints and Photographs Division/ U.S. federal government
Attraverso i secoli, la fisica delle particelle ha individuato una serie di caratteristiche per definire uno dei suoi elementi cardine: la luce. È infatti grazie ai fotoni, pacchetti elementari di energia detti anche quanti di luce, che abbiamo potuto comprendere il funzionamento della radiazione elettromagnetica.
Tra le proprietà dei fotoni fino a oggi universalmente riconosciute ne spiccano due: una direzione di propagazione ben definita, detta momento angolare, e uno spin (grandezza responsabile dello stato quantico) che dipende dalla polarizzazione circolare, fenomeno per cui il campo che compone l’onda elettromagnetica oscilla in modo circolare al propagarsi dell’onda stessa.
Sono due caratteristiche apparentemente molto tecniche, che però hanno un ruolo cruciale in ciò che osserviamo tutti i giorni rispetto all’interazione tra luce e materia. E soprattutto, si tratta di proprietà attribuite universalmente a tutti i tipi di fotoni conosciuti. Almeno fino a pochi giorni fa.
Ora un gruppo di scienziati del RIKEN, il più grande centro di ricerca giapponese, ha messo in discussione proprio questi due capisaldi della fisica della radiazione elettromagnetica. Sostenendo che un particolare tipo di luce, composta dalle cosiddette onde evanescenti, possiede proprietà in netto contrasto con ciò che prima sapevamo di luce e fotoni.
Generazione di un’onda evanescente in un prisma di vetro. Crediti: Konstantin Bliokh, RIKEN Interdisciplinary Theoretical Science Research Group
Un’onda evanescente è un particolare tipo di onda elettromagnetica non uniforme, prodotta ad esempio quando la luce viene riflessa in due mezzi diversi. In questa circostanza, l’onda elettromagnetica principale si riflette nel mezzo che l’ha generata, mentre nel secondo mezzo si produce un’altra onda, detta appunto onda evanescente.
Analizzando le proprietà delle onde evanescenti, i ricercatori del RIKEN hanno scoperto che il momento angolare e lo spin di queste onde non si comportavano affatto come avrebbero dovuto: anzi, avevano orientamenti opposti rispetto a quelli sempre osservati nella luce “normale”.
Questa apparente anomalia potrebbe in realtà dischiudere un mondo completamente nuovo per quanto riguarda l’interazione luce-materia: le stranezze delle onde evanescenti hanno fatto subito pensare a possibili nuove frontiere nello studio della radiazione elettromagnetica.
“Proprietà così straordinarie, rivelate in oggetti molto elementari, offrono un’occasione unica” ha commentato Konstantin Bliokh, prima firma dell’articolo apparso su Nature Communications. “Potremo osservare e analizzare aspetti fisici fondamentali che erano prima nascosti dalla propagazione standard della luce, e che erano considerati impossibili”.
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo di K. Y. Bliokh, A. Y. Bekshaev e F. Nori “Extraordinary momentum and spin in evanescent waves“, su Nature Communications.