(pre)Cari Amici #4 – Ricercatori alla corte di sua Maestà

 

[stextbox id=”custom” big=”true”]

Alessandro Fregoso, che sta sostenendo un dottorato di ricerca in fisica, ha intervistato due nostri conterranei che stanno facendo i ricercatori in Inghilterra. Un interessante spaccato della vita dei cosiddetti “cervelli in fuga” è il protagonista di questa quarta puntata di (pre)Cari Amici. Raccontateci la vostra storia, e noi la pubblicheremo. Farlo è semplicissimo, basta cliccare su “Contattaci” o sul banner qua di lato.

La Redazione di Camminando Scalzi.

[/stextbox]

Un tavolino, un caffè, magari un muffin (che in Gran Bretagna ‘o sanno fa) ed è pronta un’ottima scusa per chiaccherare un po’, specialmente se si tratta di prendersi una pausa dai fogli, dallo schermo, dai conti, dai grafici, insomma dall’odi et amo quotidiano. Essendo quindi ben consapevole che non avrebbero potuto resistere a una proposta così allettante, sono riuscito a incontrarmi con la dott.ssa Stefania Maccalli e il dott. ing. Ruggero Poletto, due dottorandi presso la University of Manchester, in Inghilterra, e a porre loro qualche domanda sulla loro esperienza nel variopinto calderone della ricerca scientifica.

Chiariamoci subito: voi non siete veri dottori, giusto?

Facce basite, mezzi sorrisi, un silenzio imbarazzato che grida, letteralmente, “ma che sta addì”. Urge precisazione.

Nelle conversazione più normali, “dottore” è quasi sempre sinonimo di “medico” e so, per esperienza personale e non, che può capitare di avere l’impressione che il proprio titolo di studio non venga considerato come ci si aspetterebbe perché non corrisponde a una professione tradizionalmente “rispettabile”. Avete anche voi qualche esperienza a riguardo?

Stefania: Una volta, parlando con una persona appena conosciuta, ci si diceva cosa si fa nella vita, e io raccontai che ero laureata in fisica. Al che mi fu ribattuto “ah sì, avrei proprio un po’ di pancetta da buttar giù, non è che potresti consigliarmi cosa fare in palestra?”. È vero, il nome è simile, ma l’educazione fisica è decisamente un altro ambito della conoscenza…

Ruggero: In realtà il titolo di ingegnere rientrerebbe anche tra quelli “rispettabili”, ma appena m’hanno dato in mano la laurea mi hanno detto: “tu sei dottore in ingegneria ma non sei ancora ingegnere perché ti manca l’esame di stato”, per cui mi sento sempre come qualcuno a cui manca qualcosa per essere qualcos’altro.

Raccontatemi un po’ della vostra formazione.

R.: Ho fatto il liceo scientifico in una piccola scuola di paese dove ci conosciamo tutti, poi sono andato a Padova a fare la laurea triennale e specialistica in ingegneria aerospaziale, dopodiché ho provato a trovare un’occupazione in Italia, non ho trovato niente che mi piacesse in maniera sostanziale, e soprattutto che mi permettesse di mettere in pratica quel che avevo imparato, per non parlare dell’aspetto economico, il più delle volte in uno stato desolante. Allora ho preso armi e bagagli, e ho deciso di approfondire i miei studi con un dottorato, e ho trovato il più adatto a me qui in Inghilterra.

S.: Alle elementari ho avuto la maestra unica, una seconda mamma che è stata capace di insegnarmi a ragionare, a imparare. Poi il periodo buio delle medie, il liceo scientifico con indirizzo informatico, che però non m’ha dato niente di diverso da un normale liceo; Università Cattolica di Brescia per tre anni a studiare fisica, spesso in corsi con più professori che studenti, quindi seguiti molto da vicino, fantastico. Tentativo di laurea specialistica fallito per varie incompatibilità di piano di studi, dopodiché sono venuta a sapere da amici di amici di amici che qua si poteva fare il dottorato anche solo con la laurea triennale e ho fatto subito le valigie.

Albert Einstein sosteneva che ogni scienziato dovrebbe essere in grado di spiegare di cosa si occupa alla propria nonna. Di cosa vi occupate, cari nipotini?

R.: Per risolvere problemi come ad esempio progettare un’ala o studiare il rumore prodotto da una turbina, spesso si usano simulazioni al computer. Per farle ci sono principalmente due metodi: uno veloce ma molto approssimativo e uno lento ma più accurato. Io sto cercando di creare un sistema ibrido che riesca a mettere insieme i vantaggi degli altri due.

S.: Mi occupo di ottica, cioè di ciò che riguarda la luce (e non di occhiali!). Recentemente sono state scoperte nuove proprietà dei fotoni, che sono le particelle di cui è fatta la luce, ed è possibile sfruttarle per capire di più delle stelle da cui la luce arriva fin qua. Io sto pensando agli strumenti che ci permetteranno di ottenere queste informazioni.

Scegliere di fare ricerca scientifica non vuol dire mai intraprendere una strada comoda, in nessun periodo storico. Come mai avete preso questa direzione?

S.: La botta in testa vocazionale risale al periodo delle elementari, appena ho potuto cominciare a leggere i libri di Asimov di mio papà. Dalla fantascienza è nato poi l’amore per l’astrofisica, che dura tutt’ora.

R.: Ci sono tante ragioni, ma credo che la più importante sia quella che dovrebbe esser valida per ogni scelta, e cioè la passione per quello che si sta facendo. Non sono mai stato attratto dall’idea dell’ingegnere che gestisce l’azienda, che fa il manager; mi interessano molto di più le sfide che si affrontano nella progettazione e nella ricerca.

Il caffè che non è ancora stato bevuto si sta raffreddando, il sole ormai basso fa capolino tra gli alberi immergendo il locale in un tepore che sa già di ritorno a casa per cena. È il momento ideale per una marzullata.

Scienziati si nasce o si diventa?

S.: Direi che si nasce, perlomeno in certi casi eclatanti. Ma se incontri le persone giuste, puoi anche imparare ad apprezzare l’ambiente e ad appassionartene col tempo. Ci sono persone che si innamorano con un colpo di fulmine, e altre che ci mettono di più a rendersene conto.

R.: Probabilmente nasci con la passione, poi sta a te far diventare questa passione una scelta di vita. È come il calcio, nasci con la dote giusta, ma se non ti alleni è inutile, non diventerai mai un calciatore.

Cosa vuol dire per te fare scienza, qui e ora?

S.: Per me innanzitutto è vivere un sogno che non speravo più di riuscire a realizzare. Poi è qualcosa che è soltanto per la conoscenza, la soddisfazione di aggiungerci il proprio pezzettino, anche se non dovesse comportare gratificazioni né sociali né economiche. Il bello è anche potersi confrontare con tante altre persone da tutto il mondo che condividono i tuoi stessi metodi e le tue stesse motivazioni.

R.: A me pare che la storia sia stata fatta e sia fatta tutt’ora da dei piccoli esserini come te e me, che cercano di risolvere i loro problemi, piccoli o grandi che siano. C’era il problema del trasporto, e qualcuno s’è detto “bè, quasi quasi mi invento la ruota”, e questo è fare scienza: cercare di risolvere i nostri piccoli problemi e migliorarci un po’ la vita.

Uno dei padri della fisica moderna, Niels Bohr, asseriva che fare previsioni è molto difficile, specialmente del futuro. Ciononostante, vi chiedo di provare a dare un’occhiata nei prossimi anni: quali sono le vostre speranze e che cosa vi aspettate?

R.: Innanzitutto spero di finire il dottorato in tempo, e dopo mi piacerebbe tornare in Italia ad applicare quello che ho imparato. Il resto lo scopriremo solo vivendo, d’altronde se m’avessi fatto la stessa domanda qualche anno fa, mai t’avrei detto che mi sarei ritrovato a Manchester, men che meno a farmi fare un’intervista!

S.: Come primo obbiettivo, finire il dottorato, mettere la mia bandierina sulla cima della montagna, magari nel frattempo avendo realizzato qualcosa di utile anche per altra ricerca. Se poi potessi continuare a far ricerca, non importa dove, sarebbe il massimo. E anche farsi una famiglia…

Chiudiamo in bellezza: un consiglio per chi sta muovendo i primi passi verso una vita dedicata alla scienza.

R.: Lasciate perdere, ho già abbastanza concorrenza!

S.: Fatevi curare!

 

Che dite, questi scienziati ci stanno già diventando troppo british? Tanti saluti ai continentali!

 

Happy birthday, big scary laser!

Un arma elegante, per tempi più civilizzati”. Moltissimi tra voi riconosceranno in questa citazione la descrizione che Obi-Wan Kenobi dà della spada laser, l’arma distintiva di ogni Jedi che si rispetti. Da sempre la fantascienza ha infatti nelle armi energetiche uno dei suoi maggiori cliché. Cannoni laser, blasters, disgregatori, hanno tutti in comune il fatto di espellere energia sotto forma di luce estremamente intensa, piuttosto che con un proiettile fisico. Oggi il laser (che ha appena compiuto 50 anni… Auguri!) trova innumerevoli applicazioni nei più svariati campi, in nessuno dei quali viene – per fortuna, aggiungo io – utilizzato come arma (anche se ci sono sperimentazioni in questa direzione da parte dei soliti americanoni) . Oggi voglio approfittare di questo compleanno per raccontarvi un po’ come funziona il dispositivo che ha permesso l’avvento di CD, DVD e Bluray vari, oltre a essere oramai uno degli strumenti fondamentali nella ricerca fisica, chimica e biologica.

ALTRO CHE PERDENTE

scarylaser

Laser è un acronimo che sta per Light Amplification by Stimulated Emission of Radiaton, ovvero “amplificazione della luce tramite emissione stimolata di radiazione”. In origine doveva chiamarsi Loser (perdente in inglese), con oscillation al posto di amplification, ma potete ben immaginare come un simile acronimo rischiasse di azzoppare in partenza l’apparecchio. Tecnicamente si tratta di una sorgente di onde elettromagnetiche coerenti altamente direzionali e monocromatiche. Il significato di questi termini sarà chiaro a breve, per adesso sappiate che tutto nasce da una teoria enunciata da Einstein (il caro vecchio Albert avrebbe dovuto prenderne 10 di premi Nobel, talmente tanti sono i suoi contributi alla fisica moderna) riguardo i fenomeni che regolano l’assorbimento e l’emissione dell’energia da parte degli atomi, e che pone la base riguardo la natura quantizzata dei livelli energetici. Senza scendere troppo nel tecnico, gli elettroni che ruotano attorno ai nuclei atomici lo possono fare solo seguendo traiettorie ben definite, tanto più ampie (e quindi lontane dal nucleo) quanto è maggiore l’energia dell’elettrone che la percorre. I livelli quantici sono separati tra loro da quantità ben precise di energia, uguali per ogni atomo dello stesso tipo che si trovi nelle medesime condizioni. Insomma se prendete, ad esempio, un atomo di idrogeno e volete che il suo unico elettrone faccia il salto quantico (quantum leap) al primo livello partendo dallo stato di ground (il livello di minima energia), dovrete sempre fornirgli lo stesso quantitativo di energia. Questo significa anche che ogni volta che l’elettrone decaderà allo stato di ground (cosa che farà spontaneamente dopo un tempo nell’ordine dei nanosecondi), riemetterà quella stessa energia sottoforma di un fotone di luce.

laser3Questo processo è chiamato emissione spontanea, e avviene con tempistiche del tutto casuali, così come del tutto casuale è la direzione in cui viene emesso il fotone. Esiste però anche il processo stimolato, che si ottiene facendo incidere sull’atomo eccitato un fotone la cui energia è uguale a quella di eccitazione. L’onda elettromagnetica risultante dall’emissione stimolata avrà la medesima fase (ovvero, alle creste e alle valli dell’onda stimolante corrispondono perfettamente creste e valli dell’onda stimolata) e direzione dell’elettrone incidente. Ora, immaginate di avere una certa quantità di materiale eccitato energeticamente  e di inviarvi contro un fotone alla giusta frequenza: quel che otterrete è un fascio di onde elettromagnetiche tutte in fase (coerenza spaziale e temporale), tutte della stessa frequenza (monocromaticità) e altamente focalizzate (alta direzionalità). Se poi ponete questo “materiale attivo” all’interno di quella che viene definita cavità di oscillazione o risonanza ottica (de facto, tra due specchi altamente riflettenti posti a una distanza opportuna da permettere l’instaurarsi di un regime di onda stazionaria, similmente a quanto accade a una corda fissa ai due capi che oscilla)  e continuate a “pompare energia” all’interno del vostro materiale attivo, otterrete che a ogni passaggio del fasci all’interno di esso la sua energia accrescerà (ed ecco l’amplificazione), fintantoché non deciderete di aprire la cavità lasciando uscire il vostro fascio laser.

IL RAGAZZO È BRAVO MA NON SI APPLICA… O SÌ ?

LaserCutterLa luce che emerge da un laser ha delle proprietà del tutto peculiari, che gli permettono un vasto range di applicazioni. Le caratteristiche di monocromaticità, coerenza e focalizzazione permettono di ottenere intensità luminose superiori a qualsiasi cosa esista sul globo terracqueo, superando alla grande anche la luce proveniente dallo stesso sole.  Vi basti pensare che bastano 10 mW di potenza per procurare temporaneo accecamento, e con 60 mW potete anche salutare la vostra retina. I laser in generale possono lavorare con un fascio continuo (in cui l’emissione della luce rimane più o meno costante durante il periodo di accensione del dispositivo) o impulsato (in cui l’energia emessa viene concentrata in brevissimi impulsi altamente energetici), e si possono raggiungere potenze davvero elevate. A titolo d’esempio, vi basti sapere che io stesso per la mia tesina triennale ho lavorato con un laser impulsato da 10 Terawatt (10^12 o mille miliardi di watt), che è più della potenza totale mondiale generata da centrali. Potenze nell’ordine dei 100 Petawatt (che è un unità di misura che non ha a che fare con l’aerofagia, ma equivale a 10^15 Watts) sono state raggiunte nei grandi centri per la ricerca riguardo la fusione nucleare a confinamento inerziale, sempre con laser a impulsi ultrabrevi (ricordo che la potenza è la quantità di energia emessa o assorbita diviso per il tempo impiegato… Per cui diminuendo il tempo di emissione la potenza aumenta enormemente, anche se in realtà si stanno emettendo pochi joule di energia).

Certamente la ricerca può fare grande uso delle caratteristiche di monocromaticità dei fasci laser (ad esempio per eccitare biomolecole fluorescenti), o dell’intensità e delle grandi potenze emesse (come nel caso delle già citate ricerche sulla fusione inerziale), ma anche l’utilizzo più o meno di tutti i giorni può beneficiare di questo strumento. Tralasciando CD, DVD e Bluray che tutti conosciamo bene, pensate anche soltanto alla precisione di taglio che un laser può garantire: nella chirurgia oramai sono cosa di tutti i giorni le operazioni a cornee, retine e via dicendo utilizzando laser, più sicuri e puliti di qualsiasi altra lama “fisica”. Nell’industria, tagliare lamiere, incidere circuiti stampati, semiconduttori e pannelli solari oramai è appannaggio dei laser, più precisi dei metodi tradizionali. Molti autovelox funzionano (purtroppo e per fortuna) tramite l’emissione di fasci laser, che in base al tempo di riflessione permettono di calcolare la velocità delle macchine che vi incappano. Di recente si è iniziato a utilizzare il LIDAR (un radar fatto con una testa laser in grado di effettuare scansioni spaziali) per la mappatura ad alta risoluzione dell’atmosfera, del terreno e perfino dei mari. Insomma, mai come oggi il “light side” ha avuto così tante buone motivazioni per essere scelto.

E allora: may the Force be with you!