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Il mantello dell’invisibilità e i pesci che volano sull’acqua.

 

Genova, 31 ottobre 2011, Festival della Scienza.

 

Mantello dell’invisibilità, pesci che volano sull’acqua. Magie da Harry Potter? No, metamateriali. O meglio, si gioca con la luce seguendo le regole di John Pendry, il fisico londinese che studia la materia condensata.

Gli Harry Potter del futuro sono lenti perfette, non più limitate dalla lunghezza d’onda. Mantelli dell’invisibilità che permettono alla luce di aggirare gli oggetti. Circuiti elettronici che si basano sui plasmoni. Insomma, magie della rifrazione negativa. Perché dall’acqua dentro una bottiglia di vetro alla superficie di una piscina, l’ottica a volte può rivelarsi controintuitiva. E, come spiega John Pendry, farci capire che niente è come sembra.

 

Di grafico in grafico, in una affollata Sala del Minor Consiglio, si impara che la luce si può trasformare in qualcos’altro. Come i plasmoni, per esempio. “C’è una vasta area di ricerca che si occupa di questo – spiega Pendry – il segnale plasmonico a parità di frequenza ha una lunghezza d’onda più piccola. Questo è connesso ai metamateriali perché dove ci sono risonanze plasmoniche, la funzione dielettrica diventa negativa. Grazie ai metamateriali, dunque, ottengo lenti non più limitate dalla lunghezza d’onda”.

 

Da qui, il segreto del mantello dell’invisibilità: perché trattando l’indice di rifrazione, si ottengono materiali con un indice di rifrazione molto piccolo: “Così la luce va veloce e può fare un percorso più lungo. Chi guarda verso quell’oggetto, in questo modo, non vede più l’oggetto perché la luce gli è girata intorno e ha fatto un mantello dell’invisibilità: qualcosa che non esiste più solo nel mondo di Harry Potter. Ma che diventa realtà”.

 

Ma che cos’è una lente? “Innanzitutto si chiama così perché ha preso il nome dalla lenticchia. È Fermat che ci ha insegnato come possiamo capire la funzione di una lente, ipotizzando che la luce facesse il percorso più breve tra le immagini. È lui ad aver capito la focalizzazione della luce. Tutte le lenti che conosciamo oggi non riescono a vedere nulla di più piccolo della lunghezza d’onda della luce”.

 

Dal Cd al Dvd fino al Blue Ray, “quando si ha la rifrazione della luce, la luce entra nel medium. Solo in un materiale particolare e nuovo, però, la luce forma un angolo di rifrazione negativo”. Per vedere la rifrazione negativa, che sembra un concetto così controintuitivo, basta in realtà lanciare il sasso in uno stagno, e osservarne le increspature: “Quello che colpisce è che il fenomeno della rifrazione negativa è stato studiato per la prima volta nel ’68. Prendiamo l’effetto piscina: se si guarda dentro la profondità dell’acqua, non vi sembra sempre minore di quanto non sia in realtà? Il rapporto tra profondità reale e quella apparente è importante per l’indice di rifrazione. Se si riempisse la piscina con un materiale con indice di rifrazione negativa, sembrerebbe che i bambini nuotino sospesi per aria, sopra la piscina”.

 

 Un altro esempio, un “paradosso”, continua Pendry, è “come vediamo un liquido dentro una bottiglia di vetro. Non si riesce a veder il vetro, si vede solo l’acqua. Ma se la bottiglia fosse fatta di un materiale con un indice di rifrazione negativa, l’acqua non arriverebbe fino al bordo del vetro”.

 

In natura, un materiale con indice di rifrazione negativa, non si trova: “Lo produciamo usando i metamateriali. Al momento, si stanno studiando molti materiali diversi: un sandwich di floruro di magnesio e argento, dalla struttura risonante. Un problema, però, è che se abbiamo dei metalli nelle strutture, questi hanno resistenza elettrica. Allora bisogna aggiungere un colorante con un laser”.

 

I metamateriali possono avere una applicazione anche acustica. “Si può costruire una sorta di mantello acustico, nascondere una determinata regione dal suono. Le applicazioni sono moltissime: si sta cercando di produrre anche pareti che riflettano il suono”.

 

 

Circa l'autore

Giorgio Triani

Sociologo, giornalista, consulente d’impresa.

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