Scienze

Bolle di sapone e stranezze di luce

Il delta ramificato di un fiume con i suoi tributari: ecco l'aspetto assunto dalla luce laser quando viene fatta propagare in un mezzo insolito.

Provate a visualizzare la struttura di un fiume giunto alla meta, che si apre a ventaglio ramificandosi in tanti corsi d'acqua minori. Anche la luce - come vedete qui sopra, nella foto in apertura - può assumere questa conformazione: ma perché questo accada, si è scoperto, occorre farle attraversare il mezzo giusto. Un gruppo di scienziati del Technion-Israel Institute of Technology di Haifa, Israele, ha notato che quando un raggio laser attraversa una bolla di sapone, la sua luce si ramifica in tanti raggi più piccoli. Questo strano comportamento era già stato osservato con altri tipi di onde (onde sonore, onde marine e con i flussi di elettroni in una corrente elettrica, che si comportano come onde), ma mai prima d'ora con la luce.

Una piacevole sopresa. A seconda della natura del mezzo in cui si propagano, le onde subiscono effetti diversi: si disperdono, si attenuano o continuano a propagarsi in modo focalizzato. Affinché possano diramarsi in una serie intricata di onde più piccole è però necessario che il mezzo in cui si muovono presenti alcune caratteristiche specifiche: deve avere, nella sua struttura, variazioni spaziali più larghe della lunghezza d'onda dell'onda principale, e presentare, un po' come succede nella sottile membrana di una bolla di sapone, variazioni casuali di spessore lungo tutta la sua superficie. 

Proprio queste piccole perturbazioni e fluttuazioni nella struttura riescono a creare disordine nel flusso di luce iniziale, che viene suddiviso in tanti raggi più piccoli, come un fiume che sparpagli le sue acque in una serie di ruscelli e canali minori. L'effetto, che ha colto di sorpresa i ricercatori, si è verificato sia membrane di sapone ricurve sia su quelle piatte, sia sulle bolle in movimento, sia su quelle, più stabili, isolate dai flussi d'aria.

Come sfruttare questo effetto. L'esperimento si presta ad alcune applicazioni interessanti. Le molecole nella membrana di sapone esercitano forza sulla luce, e la luce a sua volta esercita forza su di esse, facendole muovere leggermente. Cambiando l'intensità della luce è possibile regolare anche questo tipo di forza: «Immaginate - spiegano i ricercatori - se si potesse controllare lo scorrimento di un fluido regolando la luce che vi passa attraverso». Inoltre, come spiega il New Scientist, studiare il passaggio della luce attraverso bolle ricurve potrebbe aiutare a capire come essa si comporti nello spaziotempo, che in base alla teoria della Relatività generale è deformato per la presenza di oggetti di grande massa. La bolla in questione diventerebbe una sorta di fragile modello dell'Universo.

10 agosto 2020 Elisabetta Intini
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