Scoperta dell'occultamento

Da quando H.G. Wells ha pubblicato L'uomo invisibile più di un secolo fa, la prospettiva dell'invisibilità – o occultamento – è stata un pilastro della fantascienza. Ma ora i fisici affermano di aver finalmente capito come rendere invisibili gli oggetti e, inoltre, mancano solo pochi mesi per mettere in pratica questa teoria.

Il metamateriale di occultamento blu è in grado di piegare la luce attorno a un oggetto (cerchio arancione), assicurando che non proietti ombre o riflessi. (Credito: D. Schurig, Duke University.)

Il trucco è trovare un modo per guidare la luce e altri tipi di radiazioni elettromagnetiche attorno a un oggetto in modo che non proietti ombra e non produca riflessi. Normalmente, questo tipo di manipolazione sarebbe un compito arduo, dice John Pendry dell'Imperial College di Londra, Inghilterra. Ma, aggiunge, il recente sviluppo di una nuova classe di materiali chiamati metamateriali lo rende incredibilmente fattibile.

I metamateriali sono materiali ingegnerizzati le cui proprietà sono determinate dalla loro struttura fisica piuttosto che dalla loro chimica, afferma Pendry. Tali proprietà includono la capacità di piegare la luce, dice.

Ora lavoro con David Smith e David Schurig della Duke University, Pendry ha formulato un modo per progettare metamateriali in grado di piegare la luce attorno a un oggetto, indipendentemente dalla direzione da cui proviene la luce. Puoi applicarlo a qualsiasi forma, dice Smith. Ciò significa che in teoria, tutto potrebbe essere nascosto, dice.

Basandosi sul lavoro di Pendry, descritto nell'attuale numero di Scienza , Smith e Schurig stanno sviluppando un dispositivo di prova del principio, con il finanziamento del braccio di ricerca del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, la Defense Advanced Research Projects Agency. È giusto dire che quest'anno ci sarà una dimostrazione sulla fisica di base dell'occultamento, afferma Schurig.

L'effetto di occultamento dipende dall'indice di rifrazione di un materiale o dalla sua capacità di influenzare la direzione della luce che lo attraversa. La luce tende a preferire il percorso più veloce tra due punti, che normalmente è una linea retta. Con i metamateriali, tuttavia, il percorso più rapido può essere quello che si piega attorno a un oggetto.

Ma la luce curva è solo uno dei requisiti per l'occultamento. Devi riportare la luce sullo stesso percorso che stava seguendo prima che colpisse il mantello; altrimenti getta un'ombra, dice Pendry. Allo stesso modo, quando la luce entra nel mantello, non deve essere riflessa. Un modo per pensarci è che questo materiale dà l'impressione di essere come lo spazio, dice Smith, in quello spazio può piegare la luce e inoltre non ha riflesso.

È una svolta, dice George Eleftheriades , un esperto di metamateriali presso l'Università di Toronto. Tuttavia, dice, c'è una limitazione: non funzionerà per tutte le frequenze.

In effetti, i materiali attuali sono in grado di reindirizzare solo le microonde, il che significa che il dispositivo di occultamento che Smith e Schurig stanno sviluppando funzionerà solo contro radar o altri emettitori di microonde. Sebbene questo possa rivelarsi utile per i futuri aerei stealth, siamo ancora lontani almeno un decennio dall'occultamento degli oggetti dalla luce visibile.

La ragione è che, per produrre l'effetto di occultamento, le sottostrutture dei metamateriali devono essere più piccole della lunghezza d'onda della luce che viene reindirizzata. Attualmente è fattibile per le microonde, che hanno una lunghezza d'onda di circa tre centimetri. Ma reindirizzare la luce visibile, che ha una lunghezza d'onda di circa mezzo micrometro, o mezzo milionesimo di metro, richiederebbe metamateriali con strutture ingegnerizzate a livello molecolare. Vorremmo farlo su scala molecolare, ma la nanoingegneria non è ancora all'altezza, afferma Pendry. I recenti sviluppi nei nano metamateriali, tuttavia, potrebbero accelerare il processo di sviluppo.

Per ora, quindi, il prototipo del mantello è costituito da matrici di barre di rame di dimensioni millimetriche e anelli a forma di C incorporati in una scheda in fibra composita, proprio come il tipo di circuiti stampati che normalmente ospitano i chip dei computer. Sia le aste che gli anelli a C sono in grado di creare passivamente campi elettromagnetici se esposti a radiazioni a microonde. Se orientati correttamente, questi componenti possono specificare il percorso che seguirà la radiazione.

C'è anche un'altra applicazione per l'occultamento, dice Schurig: può essere usato come una specie di scudo. A volte vuoi proteggere o isolare le cose dallo spettro elettromagnetico, dice. Ad esempio, l'occultamento potrebbe essere utilizzato sulle sonde spaziali per proteggere le apparecchiature sensibili dalle radiazioni cosmiche.

Ma c'è un problema. Mentre qualsiasi oggetto occultato sarebbe invisibile, sarebbe anche cieco all'interno della gamma di frequenze occultate, poiché qualsiasi luce diretta verso di esso verrebbe deviata attorno ad esso. Nel caso di un aereo nascosto dal radar, questo non dovrebbe essere un grosso problema, afferma Schurig. Il pilota non sarebbe stato in grado di utilizzare il radar, ma avrebbe comunque potuto navigare visivamente.

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