domenica 24 luglio 2011

Luce Fluida

In opportune condizioni i fotoni possono comportarsi in maniera simile alle molecole di un liquido, dando luogo a un vero e proprio fluido luminoso

Un fluido di fotoni confinato in una nanostruttura che ha permesso di osservare fenomeni quantistici idrodinamici finora predetti soltanto dalla teoria - come i 'solitoni', una sorta di onde solitarie e permanenti - è stato ottenuto da un gruppo di ricerca italo-francese La descrizione dello studio è pubblicata sulla rivista Science.

I fluidi di luce sono tra i fenomeni più esotici studiati dai fisici in anni recenti. "È un fenomeno che si verifica quando i fotoni, le particelle elementari che compongono la luce, sono costretti a propagarsi non più nel vuoto o in mezzi trasparenti ordinari come il vetro, ma in materiali appositamente usati per indurre forti interazioni fra loro", spiega Iacopo Carusotto, dell'Istituto nazionale di ottica del CNR.

"Succede allora che i fotoni si comportino in maniera simile alle molecole di un liquido e collettivamente danno luogo a un vero e proprio fluido luminoso, che ha la fondamentale caratteristica di conservare precisa memoria della natura quantistica dei fotoni che lo costituiscono."

I ricercatori sono stati in grado di creare un fluido di luce, confinando i fotoni in una nanostruttura a semiconduttore, e di studiare in dettaglio i processi microscopici che si generano quando il fluido incontra un ostacolo.

"A basse velocità il fluido di fotoni ha le caratteristiche tipiche di un superfluido, ovvero è capace di aggirare l'ostacolo per poi riprendere a scorrere come se nulla fosse accaduto", spiega Daniele Sanvitto dell'Istituto nanoscienze (Nano) del CNR. "A velocità più alte si generano vortici e moti turbolenti dovuti a fenomeni di attrito, ma mentre in un fluido tradizionale i mulinelli ruotano a velocità piccole e a piacere, nel fluido quantistico la velocità di rotazione può solo essere un multiplo intero della costante di Planck (anche detta quanto d'azione e indicata con h, è una costante fisica il cui valore è equivalente alla quantità d'azione fondamentale, e determina la distanza tra i valori assunti dai quanti delle grandezze fisiche fondamentali. Ha le dimensioni di un'energia per un tempo, e nel sistema di unità di misura delle unità atomiche rappresenta l'unità di misura del momento angolare)".

In particolare, prosegue il ricercatore, "per la prima volta si è vista la formazione di lunghi canali persistenti a valle dell'ostacolo, i cosiddetti 'solitoni idrodinamici': questi oggetti sono l'analogo quantistico delle onde solitarie che si propagano sulla superficie dell'acqua, ma qui la loro robustezza discende direttamente dalla natura quantistica del fluido".

Lo studio ha mostrato che con i fluidi di luce si può generare e studiare, fino quasi a temperatura ambiente, una classe di fenomeni che finora era possibile osservare solo nell'elio superfluido o in condensati di Bose-Einstein di atomi ultrafreddi, sistemi che richiedono temperature prossime allo zero assoluto.

"Le tecniche spettroscopiche avanzate messe a punto all'Istituto nanoscienze del CNR di Lecce ci permettono di ricostruire la dinamica completa del fluido, con una risoluzione spaziale dei milionesimi di metro e temporale del picosecondo", ha concluso Daniele Sanvitto.

Alla ricerca hanno partecipato anche Alberto Bramati e Alberto Amo dell'Università Paris 6 e Cristiano Ciuti dell'Università Paris 7.

Fonte: http://lescienze.espresso.repubblica.it

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