I fisici dimostrano il primo laser realizzato da una nuvola di gas

Dagli anni '60, gli astronomi hanno individuato numerose sorgenti di intensa luce ottica e a microonde a frequenze specifiche. Queste fonti inizialmente lasciarono perplessi gli astronomi, ma presto divenne chiaro che la luce veniva generata da laser naturali (o maser per microonde).

Si scopre che in determinate circostanze le stesse atmosfere delle stelle e dei pianeti possono emettere raggi laser, generando luce allo stesso modo dei laser che usiamo all'interno di lettori CD e puntatori laser.

Questi laser naturali hanno sconcertato gli astronomi per molti anni perché sembrano verificarsi in gas diluiti costituiti da atomi casuali. Oggi, Robin Kaiser e gli amici dell'Institut Non Linéaire de Nice nel sud della Francia affermano di aver creato laser che funzionano allo stesso modo per la prima volta sulla Terra.

I fisici realizzano laser convenzionali utilizzando atomi che emettono luce a una frequenza specifica. L'idea è di eccitare questi atomi aggiungendo energia. In questo stato, gli atomi rilasciano quindi questa energia sotto forma di luce coerente quando i fotoni passano nelle vicinanze, la cosiddetta emissione stimolata.

Facendo rimbalzare la luce avanti e indietro sugli atomi, il fisico può attivare questo rilascio e amplificare la luce. Da qui il nome: amplificazione della luce mediante l'emissione stimolata di radiazioni e il suo acronimo, laser.

Il mezzo che contiene questi atomi è importante. Nei laser convenzionali, gli atomi sono solitamente confinati in un cristallo. È utile perché i fisici possono facilmente posizionare uno specchio a ciascuna estremità del cristallo per far rimbalzare la luce avanti e indietro al suo interno. Altri laser si basano su gas confinati all'interno di una cavità ottica con specchi a ciascuna estremità.

Ma il gas in un'atmosfera stellare o planetaria non è chiaramente confinato in una cavità, quindi una domanda importante è come la luce può essere confinata in modo da innescare l'emissione stimolata.

Negli ultimi anni, i fisici hanno trovato una risposta sotto forma di laser casuali. Questi consistono in una sorta di mezzo disordinato, come la polvere di semiconduttori. La luce che stimola l'emissione non è confinata dagli specchi ma dallo stato disordinato della polvere: la luce semplicemente rimbalza al suo interno a caso.

I laser spaziali naturali funzionano allo stesso modo, tranne per il fatto che il mezzo casuale è il gas in un'atmosfera stellare o planetaria. Ma mentre i fisici hanno fatto funzionare i laser casuali usando coloranti in polvere o liquidi, nessuno è riuscito a farne uno usando un gas.

Fino ad ora, cioè. Riportiamo l'osservazione sperimentale del laser casuale in un vapore atomico freddo e controllato, affermano Kaiser e co.

Questi ragazzi hanno costruito il loro laser da una piccola nuvola di atomi di rubidio confinati in una trappola magneto-ottica. Eccitano gli atomi e poi li fulminano con un laser sintonizzato vicino alla frequenza di emissione prevista del rubidio. Questa rimbalza casualmente all'interno della nuvola innescando l'emissione stimolata della luce.

Abbastanza sicuro, le misurazioni del team della luce emessa dalla nuvola mostrano che è davvero laser.

È interessante perché la capacità di riprodurre il meccanismo laser sulla Terra consentirà ai fisici di studiare per la prima volta i processi che portano al laser spaziale naturale.

Potrebbe anche avere altre applicazioni. La capacità di creare pile di polvere o nuvole di atomi freddi per produrre luce laser potrebbe portare a nuove fonti di luce artificiale.

Quindi i laser spaziali naturali potrebbero un giorno essere l'ispirazione per una nuova generazione di luci sulla Terra. Fresco!

Rif: arxiv.org/abs/1301.0522 : Un laser casuale ad atomo freddo

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