Un grup de cercetători italieni şi israelieni a reuşit să obţină cel mai subţire fascicul laser creat vreodată. Acest fascicul, cu dimensiunea a mia parte din diametrul unui fir de par, ar putea genera o nouă revoluţie în tehnologie.

Fasciculele laser sunt folosite în multe dintre tehnologiile pe care le avem la dispoziţie – de la miscoscoape la calculatoare, în microchirurgie sau în imprimarea documentelor. Chiar şi în imprimarea tridimensională – nouă metodă care ne permite să construim obiecte complexe cu ajutorul unei imprimante.

Toate aceste tehnologii, atunci când este vorba de detalii microscopice, au o limita dată de dimensiunea fascicului – nu putem imprimă caractere sau construi obiecte tridimensionale mai mici decât dimensiunea fascicului utilizat. Un grup de cercetători italieni, de la Universitatea La Sapienza din Roma, de la ISC-CNR, Roma şi de la Universitatea din Pavia, în colaborare cu cercetători de la University of Jerusalem din Israel, au reuşit performanţă construirii unui fascicul laser cu dimensiunea a mia parte din cea a unui fir de par care se propagă fără a se degrada pe distanţe mari într-un material transparent. Rezultatele acestui studiu au fost publicate în Nature Photonics.

Să vedem deci despre ce este vorba.

Până la obţinerea acestui rezultat se consideră că nu se pot obţine fascicule cu dimensiuni mai mici de circa 500 nanometri (un nanometru este o miliardime dintr-un metru) datorită aşa-numitei limite difractive. Limita difractiva este legată de fenomenul de difracţie a luminii care spune că nu este posibil să se obţină o focalizare a unui fascicul cu dimensiuni mai mici decât lungimea să de undă. Lungimea de undă caracterizează “culoarea” luminii, şi este cuprinsă între 400 nanomentri (pentru albastru) şi 700 nanometri (culoarea roşie).

Din acest motiv fasciculele laser utilizate în prezent au dimensiunile cele mai mici de circa a sută parte din diametrul firului de par. Grupul de cercetători italieni şi israelieni a reuşit însă să reducă dimensiunea fascicului cu un factor 10 – obţinând un nou record.

Cum anume au reuşit această performanţă?

În mod normal fasciculele de lumina nu se comportă precum obiectele care au masă (fotonii sunt particule fără masă de repaus)  şi au tendinţa de a largi în urmă propagării şi interacţiunii cu materia. În această situaţie însă în urmă interacţiunii cu electronii din materialul pe care l-au folosit cercetătorii (un material transparent) fasciculul de lumina se comportă că şi cum ar fi căpătat o masă “efectivă”, şi se propagă precum o săgeata – fără să fie lărgit.

În acest mod s-a reuşit obţinerea unui fascicul cu dimensiunea record de 280 nanometri, care se propagă fără să sufere distorsiuni în materialul utilizat.

Pentru a se reuşi măsurarea acestei dimensiuni a fost necesară dezvoltarea unor noi instrumente de măsură – de natură mecanică – întrucât cele optice nu erau capabile să măsoare un fascicul cu dimensiuni atât de reduse. La ce ar putea fi de folos această nouă tehnologie? Multe şi nebănuite aplicaţii ar putea fi dezvoltate având la dispoziţie fascicule laser cu dimensiuni atât de mici. Noi miscoscoape capabile să vadă detalii invizibile la ora actuală; un bisturiu laser cu dimensiuni sub-celulare sau noi memorii pentru calculatoare cu costuri reduse – sunt doar câteva dintre posibilele aplicaţii ale noii descoperiri.

O imprimantă tridimensională care este în stare să construiască obiecte cu detalii extreme de fine ar fi de mare folos în multe sectoare – mai ale ţinând cont că pentru viitor se prevede utilizarea acestor imprimante în tehnologia spaţială, pentru construirea diverselor obiecte direct în orbită – cum ar fi pe Staţia Spaţială Internaţională: deci să construim aceste obiecte direct la faţă locului, fără riscul de a le dauna în zborul spre orbită spaţială.

Nouă descoperire este extrem de importantă şi pentru fizică fundamentală, întrucât ar putea contribui la punerea la punct ale unor noi experimente atât în cadrul mecanicii cuantice cât şi a multor altor studii asupra materiei şi constuientilor acesteia.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro