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In che modo i frisbee molecolari potrebbero incoraggiare la proliferazione nucleare
Chiunque abbia giocato con un frisbee avrà un'idea intuitiva di come l'angolo con cui lo lanci determina il percorso che prende.
Man mano che i frisbee diventano più piccoli, tuttavia, la fisica cambia. Su piccola scala, l'aria diventa più densa come lo sciroppo e l'inerzia inizia a giocare un ruolo molto più piccolo. Quindi è facile pensare che ci sia un limite fondamentale a quanto piccolo puoi fare un frisbee.
Non proprio, dicono Johannes Floss e compagni del The Weizmann Institute of Science in Israele. In realtà è abbastanza semplice controllare la traiettoria di una molecola rotante proprio come un frisbee.
Negli ultimi anni, sono emerse numerose tecniche per posizionare le molecole in un gas in rotazione con i loro assi allineati con precisione, come una matrice tridimensionale di cime galleggianti. Tutte queste tecniche eliminano le molecole con un impulso laser preparato con cura per farle ruotare in un certo modo.
Ma come trasformare queste trottole in frisbee? Dopotutto, il movimento dei frisbee è essenzialmente il risultato dell'interazione tra il corpo rotante e l'aria, ma l'aerodinamica non può svolgere un ruolo a livello molecolare.
La risposta, dicono Floss e co, è di sparare le molecole rotanti attraverso un campo elettrico prodotto da un altro laser. A condizione che il campo abbia un gradiente di intensità, svolgerà un ruolo analogo all'aria nel volo del frisbee. Quando ciò accade, l'inclinazione delle molecole rotanti determinerà la traiettoria che prenderanno.
Come fanno notare Floss e co: una tecnica simile viene utilizzata dai giocatori di frisbee che perfezionano l'inclinazione del disco rotante per dirigerlo verso un paio di mani in attesa.
Questa tecnica del frisbee offre un controllo notevole sul percorso delle molecole. La traiettoria dipende da fattori quali l'intensità del campo, l'inclinazione di rotazione e la massa della molecola.
Ciò ha importanti implicazioni per una serie di tecniche emergenti, in particolare nelle aree in cui la ionizzazione non può essere utilizzata. Ad esempio, la nanofabbricazione molecolare in cui le strutture minuscole sono costruite quasi mattone dopo mattone deve utilizzare molecole neutre perché l'accumulo di carica potrebbe distorcere la forma o addirittura impedire del tutto la costruzione.
Ma forse l'applicazione più importante, almeno a breve termine, sarà la separazione degli isotopi. Poiché la traiettoria dipende dalla massa della molecola, la tecnica separerà naturalmente le molecole contenenti diversi isotopi.
Gli scienziati nucleari vorranno studiare il potenziale di questa tecnica per separare l'uranio 235 più fissile dall'uranio 238. Negli ultimi anni, i fisici hanno fatto grandi passi avanti nella separazione di questi isotopi usando i laser per ionizzare selettivamente un isotopo lasciando l'altro neutro, il che consente loro di essere separato mediante un campo elettrico.
Le tecniche di separazione convenzionali si basano su centrifughe giganti che sono difficili e costose da costruire e quindi formano un'importante barriera tecnologica che impedisce ai paesi con aspirazioni nucleari di produrre il proprio uranio altamente arricchito.
Ma c'è un crescente timore che l'arricchimento laser renderà questo processo molto più facile. E ora c'è una nuova tecnica che potrebbe rendere ancora più facile la separazione degli isotopi.
Ciò rende facile prevedere che i frisbee molecolari diventeranno al centro di un intenso interesse nei prossimi anni. Ma quanto sentiremo di questi sviluppi futuri è molto più difficile da dire.
Rif: arxiv.org/abs/1010.0887 : Frisbee molecolare: movimento di molecole rotanti in campi disomogenei