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venerdì 3 agosto 2012

Alcuni ricercatori dell'Istituto Nazionale di Ottica del CNR sono riusciti a misurare la "forma" della luce.


Nel corso degli anni gli scienziati hanno constatato che la luce possiede diverse caratteristiche uniche, fatta eccezione per una, ovvero la sua forma. Infatti quest'ultima assume automaticamente quella del recipiente che la contiene; proprio come accade con l'acqua. E dunque quando si fa riferimento alla luce non si può parlare propriamente di "forma" poiché, come già spiegato, quest'ultima è data dalla maniera in cui il raggio luminoso occupa uno spazio "vuoto"; maniera che in ambito scientifico viene, appunto, chiamata con il nome "modo" e che descrive la struttura spaziale e quella temporale del campo elettromagnetico. Tuttavia nessuno è mai riuscito a misurare il "modo" in cui la luce riempie gli spazi ed assume una forma. O almeno così era fino ad ora; infatti recentemente alcuni ricercatori dell'Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Sesto Fiorentino, (conosciuto anche con la sigla INO-CNR), guidati da Marco Bellini ed Alessandro Zavatta, ce l'hanno fatta dimostrando una tecnica che unisce per la prima volta i concetti dell'ottica quantistica e quelli dell'ottica ultraveloce; così facendo sono riusciti a misurare ed analizzare la forma di stati quantistici luminosi della durata di poche decine di femtosecondi. Comunque la suddetta ricerca verrà pubblicata su Physical Review Letters e rappresenta una svolta importante nel campo della fisica perché la luce è formata da tantissime microparticelle, chiamate fotoni, e ciascuno di essi "riempie" i contenitori che lo accolgono in un "modo" diverso. E quindi capire in che modo avvengono questi processi e riuscire a misurare la forma acquisita da ogni singolo fotone è un eccezionale passo avanti per l'intero mondo della scienza. Al riguardo Marco Bellini, responsabile del gruppo INO-CNR, ha spiegato: "Un singolo fotone, che corrisponde al riempimento del "contenitore" con un solo quanto di eccitazione, può assumere infinite forme diverse, a seconda del "modo" che occupa e la maggior parte delle applicazioni delle proprietà quantistiche della luce a nuove tecnologie, dalla comunicazione alla computazione alla metrologia quantistica, dipende dalla conoscenza di questa forma". Difatti senza la conoscenza di questi procedimenti, la manipolazione, la rivelazione e l'utilizzazione degli stati quantistici di luce risulta in molti casi impossibile. Per di più Marco Bellini ha proseguito dichiarando: "Il nostro team ha dimostrato come copiare fedelmente il "modo temporale" di un fotone ultracorto su quello di un impulso luminoso classico, così da poterlo misurare nel dettaglio con l'ausilio di tecniche standard". Ed ha continuato sottolineando: "Per farlo, abbiamo utilizzato un algoritmo genetico, cioè una procedura sperimentale che fa "evolvere" per mutazioni e riproduzioni un gruppo casuale, affinché si adatti alle condizioni ambientali attraverso generazioni successive". Comunque oltre ad aver ricostruito le strutture temporali di singoli fotoni leggermente deformati, i ricercatori dell'Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche hanno anche dimostrato come utilizzare questa capacità per nuovi schemi di codificazione dell'informazione quantistica. In tal proposito Marco Bellini ha spiegato: "La tecnica consente di misurare il singolo fotone anche quando assume simultaneamente più forme distinte". Ed ha proseguito affermando: "Assegnando alle varie forme assumibili dal fotone le diverse lettere dell'alfabeto saremo poi in grado di leggere non soltanto queste lettere, ma anche tutte le loro sovrapposizioni quantistiche. La possibilità di utilizzare un alfabeto composto da molte lettere e dalle loro sovrapposizioni coerenti, per la comunicazione quantistica, offrirebbe enormi vantaggi rispetto agli schemi standard di codifica basati su "Qubit", vale a dire su un "alfabeto" con due soli possibili stati di polarizzazione della luce". In ogni caso, infine, gli studiosi hanno concluso spiegando: "Questi risultati aprono quindi interessanti prospettive sia per una migliore comprensione ed analisi del comportamento della luce, sia in prospettiva per l'applicazione di tecnologie sempre più sicure, efficienti ed innovative".


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