Pierre Agostini, Ferenc Krausz e Anne L’Huillier, vincitori del Nobel per la fisica 2023
Loro sono Anne L’Huillier, fisica francese e appassionatissima insegnante all’Università di Lund in Svezia, Pierre Agostini, fisico francoamericano attualmente professore alla Ohio state university, e Ferenc Krausz, fisico ungherese che dal 2003 è direttore del Max Planck Institute for Quantum Optics di Garching e nel 2004 è diventato presidente di fisica sperimentale presso l’Università Ludwig Maximilian di Monaco di Baviera. Dopo aver ricevuto anche il premio Wolf per la fisica nel 2022, oggi a Stoccolma ha ricevuto – assieme a L’Huillier e Agostini – il premio Nobel per la fisica. “Per i metodi sperimentali che generano impulsi di luce ad attosecondi per lo studio della dinamica degli elettroni nella materia”, la spiegazione ufficiale: in altre parole, per aver abbattuto numerose barriere sperimentali e aver dimostrato che esiste un modo per creare impulsi di luce così brevi da poter “vedere” i tempi in cui si muovono gli elettroni nella materia.
Cos’è un attosecondo? Prendiamo un secondo, la durata del battito cardiaco, e lo dividiamo cinque volte per mille: otterremo il tempo scala su cui avviene il moto di un atomo. Dividiamo ancora per mille (sei volte in totale, quindi), e otterremo il tempo scala su cui si muove un elettrone all’interno di un atomo, di una molecola, e in generale della materia. Un tempo talmente piccolo che non solo è difficile da immaginare, ma anche da scrivere, ma avendo accesso al quale è possibile rispondere a domande di fisica fondamentale e che può avere ricadute pratiche in diversi campi, dall’industria dei semiconduttori alla medicina, alla chimica che studia le reazioni di catalisi e che, grazie a questa scoperta, ha aperto un nuovo campo di ricerca: l’attochimica.
I tre premiati hanno contribuito ugualmente, in tempi e modi diversi, ad aprire le porte del mondo degli elettroni. Cominciando da Anne L’Huillier, è sua l’idea dell’esperimento che nel 1987, nei laboratori di Paris-Saclay, ha mostrato che trasmettendo un fascio di luce laser a infrarossi attraverso un gas nobile, si ottenevano diversi sovratoni della luce. Ognuno di questi è un’onda luminosa generata dall’interazione della luce laser con gli atomi del gas, che fornisce un’energia supplementare ad alcuni elettroni che la riemettono successivamente come luce. Sulla base di questo, poi, nel 2001 Pierre Agostini è riuscito a produrre e studiare una serie di impulsi di luce consecutivi, in cui ogni impulso durava solo 250 attosecondi. E nello stesso anno, Ferenc Krausz lavorava a un altro tipo di esperimento, che permetteva di isolare un singolo impulso di luce della durata di 650 attosecondi.
Infine, una precisazione è doverosa. Seguire il moto degli elettroni in un materiale non significa sapere esattamente dove si trovano in ogni istante, perché questo violerebbe uno dei principi fondanti della meccanica quantistica, il principio di indeterminazione di Heisenberg.
I movimenti degli elettroni negli atomi e nelle molecole sono talmente rapidi da essere misurati in attosecondi. Un attosecondo sta a un secondo come un secondo sta all’età dell’universo. Crediti e copyright: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
«Non stiamo violando il principio di Heisenberg», precisa infatti un’emozionata Anne L’Huillier – quinta donna in oltre un secolo a vincere il Nobel per la fisica – in collegamento telefonico con Stoccolma, fra una lezione e l’altra. «Ma possiamo dire ad esempio se [l’elettrone, ndr] si trova in un lato o nell’altro della molecola. Non è come seguire una particella attorno a un atomo, ma consente comunque di ottenere molte informazioni. Fra gli obiettivi di questa tecnica, ad esempio, c’è quello di poter vedere esattamente com’è distribuita la carica in una molecola. Un elettrone è più che altro un’onda attorno alla molecola, e quello che possiamo misurare è la dinamica dell’elettrone, quanto ci mette a muoversi».
La scoperta, dicevamo, apre le porte a un nuovo campo della chimica, detto appunto “attochimica”. Importanti ricadute riguarderebbero anche l’industria dei semiconduttori, e in particolare la possibilità di aumentare repentinamente (su tempi scala dei femtosecondi), la conduttività di un materiale dielettrico e sviluppare così dei sistemi elettronici ultraveloci; in campo medico, invece, la fisica degli attosecondi consentirebbe, esponendo un campione di sangue a luce infrarossa, di sviluppare tecniche per diagnosticare un cancro in una fase precocissima.
«Questo premio significa davvero molto per me, è il premio più prestigioso che si possa ricevere e non ci sono molte donne che l’hanno ottenuto. È incredibile», dice infine Anne L’Huillier. «È importante anche perché dimostra e aiuta a comprendere come una scienza fondamentale come la fisica possa trovare applicazioni pratiche nell’industria o nella medicina. Ci vuole molto tempo ed è un processo difficile, ma penso che siamo arrivati a un punto in cui possiamo vedere i primi frutti, e questo è molto importante».
Per rivedere l’annuncio dei vincitori (in svedese e in inglese):