Nella scienza osservare è il primo passo per cominciare a conoscere. E nell’epoca della meccanica quantistica, dove non le dimensioni ma le interazioni sono l’oggetto da scoprire, serviva uno strumento che prima non esisteva. A svilupparlo per la prima volta al mondo è stato un gruppo di ricerca di fisici della Facoltà di Scienze Matematiche, fisiche e naturali dell'Università Cattolica del Sacro Cuore di Brescia.
Un recente studio pubblicato sulla rivista Optica e coordinato da Claudio Giannetti, preside della Facoltà e direttore dei Laboratori interdisciplinari di Fisica avanzata dei materiali ILamp, descrive un nuovo microscopio avanzato basato sulla microscopia multidimensionale coerente a campo largo, che utilizza una sequenza accuratamente progettata di impulsi di luce ultrabrevi.
Questo strumento, realizzato proprio nell’ILamp bresciano in collaborazione con Politecnico di Milano (e il suo spin-off Nireos), Katholieke Universiteit Leuven, Università della Columbia Britannica e Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr), «unisce due mondi fino ad ora separati: la microscopia ottica, che permette di osservare strutture e dispositivi di dimensioni micrometriche, e le tecniche ultraveloci, sulle quali abbiamo maturato vent’anni di esperienza – spiega Giannetti, affiancato nello sviluppo tecnico dal dottorando Mohammadjavad Azarm –. Vengono usati impulsi di luce brevissimi della durata di frazioni di secondi, nell’ordine di dieci alla meno quindicesima di secondo, ciascuno una copia degli altri e tutti calibrabili. Possiamo così studiare non soltanto com’è fatta la materia, ma anche come cambia su scale temporali estremamente brevi».
Di un materiale, di una molecola o di un dispositivo – il microscopio può osservare qualsiasi cosa ma gli scienziati lo hanno testato su un dispositivo composto da un sottile foglio di pochi strati atomici di diselenuro di tungsteno, un materiale simile al grafene – si vedono, e quindi sono misurabili, le proprietà quantistiche, «mappando e insieme tracciando la dinamica temporale». Si superano così i limiti tradizionali, unendo così fisica quantistica e classica.
«Disporre di uno strumento capace di studiare le proprietà della materia e le modalità di scambio delle informazioni rappresenta un importante passo avanti e apre nuove possibilità per lo sviluppo delle tecnologie quantistiche» evidenzia Giannetti.
La funzione di questo microscopio è al momento puramente scientifica, dato che «non è prevista un’industrializzazione» e il suo collocamento è pensato per un laboratorio di ricerca come quello ILamp di Brescia. Le applicazioni potenziali sono però innumerevoli, potendo per esempio essere utilizzato per identificare le imperfezioni che potrebbero compromettere l’efficienza nel trasporto elettrico e nello scambio di energia (si pensi a un pannello solare) o contribuire allo studio dei sistemi biologici e del metabolismo delle cellule tumorali.
