Invisibilità-Vicina la produzione di un materiale con proprietà contrarie a quelle abituali

Vicina la produzione

di un materiale con proprietà contrarie

a quelle abituali: annullata la propagazione

della luce nell'aria, non è più percepibile.

A Napoli la svolta: quattro ricercatori

sono riusciti a produrre una sorta di

mantello di Harry Potter, un mate-

riale che inganna la percezione visi-

va e può rendere invisibili gli ogget-

ti. Il lavoro è stato pubblicato con l'onore della co-

pertina su Physical Review Letters. Coordinatore del

progetto è Vito Mocella, 39 anni, laurea in ingegne-

ria elettronica e dottorato in fisica all'European syn-

chrotron radiation facility di Grenoble (Francia), che

ora lavora all'Istituto di microelettronica e microsi-

stemi del Cnr di Napoli.

Perché il suo lavoro segna una svolta?

Dimostra che l'antimateria ottica esiste, cioè che è

possibile produrre un metamateriale (ovvero un ma-

teriale con proprietà contrarie a quelle che siamo abi-

tuati a conoscere) che annulla la propagazione della

luce nell'aria, rendendo invisibile l'oggetto.

In che modo è riuscito a realizzare il miraggio del-

l'invisibilità?

È un risultato di gruppo. Insieme con Principia

Dardano, Luigi Moretti e Ivo Rendina, ho alter-

nato un migliaio di piccole strisce del metamate-

riale, con caratteristiche opposte a quelle dell'aria,

a porzioni di aria di uguale lunghezza d'onda.

Quando la luce passa attraverso il sistema fatto di

aria e «antiaria», è come se non avesse attraversa-

to né l'uno né l'altro materiale. È come se quello

spazio, per la luce, non esistesse.

Qual è stata l'intuizione decisiva?

Non utilizzare i metalli, perché non adatti a

lavori su grandi dimensioni. E soprattutto pro-

gettare con cura le superfici dei metamateriali

in modo da ottimizzare la propagazione della

luce al loro interno.

Quindi il suo «mantello di Harry Potter» si può

toccare...

Certo, anche se non vorrei creare illusioni. Sia-

mo ancora lontani dalla realizzazione di un man-

tello che abbia esattamente le stesse caratteristi-

che di quello di Harry Potter.

Che dimensioni ha il suo prototipo?

Quattro millimetri per 4, interamente in si-

licio. Ideato a Napoli, il nostro metamateriale è

poi stato realizzato nel centro di nanofabbricazione

del Molecular foundry dei Berkeley Labs, in Califor-

nia, guidato dall'italiano Stefano Cabrini.

Si è portati a pensare che il metamateriale che garan-

tisce l'invisibilità sia trasparente.

No, non è trasparente perché le sue proprietà,

al momento, valgono per un ristretto intervallo

di lunghezze d'onda, quindi per un solo interval-

lo cromatico. Questa caratteristica è anche il prin-

cipale limite del lavoro: se l'oggetto risulta invi-

sibile al rosso, per esempio, è perfettamente visi-

bile nel verde.

I campi di applicazione della ricerca sono numerosi?

È possibile prevedere applicazioni nel settore del-

l'interconnessione ottica a elevata densità per mi-

gliorare le funzioni dei computer, oppure per scher-

mare luoghi delicati come le camere operatorie e le

cabine di pilotaggio degli aerei, in modo da elimi-

nare le interferenze. Sarà anche possibile costruire

microscopi ad altissima precisione.

Altro?

Preferisco non occuparmi di questo tipo di appli-

cazioni, però la ricerca potrebbe essere usata anche

per scopi militari, per celare le divise dei soldati, le

coperture di aerei e carri armati. Ma prima sarà ne-

cessario allargare l'intervallo di lunghezze d'onda in cui è possi

bile garantire l'invisibilità.

Vito Mocella, 39 anni: lavora -

nell'lstìtuto di microelettronica

e microsistemi del Cnr di Napoli.

Leggi Anche:

Il sogno di molti libri e film di fantascienza è quello di poter realizzare un mantello dell'invisibilità. Ma altrettanto utile per molte applicazioni pratiche sarebbe avere a disposizione un materiale che fosse in grado di riflettere integralmente la luce, da qualunque direzione essa provenga.

Un passo avanti in questa avventura scientifica è fatto da un recente articolo di Thomas Tyc della Masaryk University e Ulf Leonhardt della University of St. Andrews e della Singapore National University, pubblicato sul New Journal of Physics, che affronta il tema delle “singolarità” dell’indice di rifrazione. L’indice di rifrazione è una delle grandezze fondamentali per determinare le proprietà ottiche di un materiale. Ad esempio, quando un raggio di luce passa da un materiale ad un altro di indice di rifrazione diverso, la luce viene deviata e la deviazione è tanto maggiore quanto più grande è la differenza di indice. Il classico esempio è quello del bastone immerso in acqua per cui il bastone appare spezzato poiché la luce proveniente dalla parte immersa per arrivare a noi passa dall’acqua (indice circa 1.33) all’aria (indice circa 1). Molte biciclette hanno sulla ruota posteriore un catarifrangente che è formato generalmente da un insieme di piccoli prismi di plastica che hanno lo scopo di inviare indietro la luce verso la sorgente di partenza. Anche in questo caso maggiore è l’indice di rifrazione e maggiore sarà la capacità del catarifrangente di rimandare indietro la luce.

Un materiale con indice di rifrazione molto grande potrebbe quindi essere un ottimo riflettore. È così lecito chiedersi, spingendo il concetto di “molto grande” fino al limite estremo come spesso si tenta di fare in fisica, cosa potrebbe accadere avendo a disposizione un materiale con indice di rifrazione infinito: esso permetterebbe di realizzare il catarifrangente perfetto, con convenienze pratiche che non sarebbero limitate alle nostre biciclette. Il lavoro di Tyc e Leonhardt propone un metodo per ottenere un materiale che possa avvicinarsi a tali stupefacenti proprietà, inserendo ad arte delle irregolarità nelle strutture regolari di alcuni materiali. Lavorare su queste proprietà potrebbe condurre, e gli autori affrontano il tema su un altro lavoro apparso recentemente sulla rivista Science, ad affrontare un’altra singolarità affascinante: ottenere materiali con indice di rifrazione zero che potrebbero condurre ad ottenere quelle proprietà di invisibilità che citavamo all’inizio.

Oltre al fascino delle applicazioni tecnologiche e dei risultati pratici, la ricerca di Tyc e Leonhardt ha un altro motivo di interesse: mette di fronte ai curiosi fenomeni che accadono quando si osservano le formule fisiche con occhio puramente matematico. Le singolarità della fisica sono spesso i risultati che otteniamo dalle equazioni quando ci andiamo a mettere in situazioni così particolari che si finisce, ad esempio, per dividere per zero, operazione che da sempre i professori di matematica ci hanno ricordato essere proibita a meno di generare errori e paradossi. Eppure alle volte la fisica ci pone di fronte a delle “divisioni per zero” (basti pensare al big bang, con tutta la materia concentrata in un punto e le distanze tutte azzerate) che evidenziano come la realtà chieda alla teoria un continuo avanzamento. Un indice di rifrazione zero o infinito è un esempio di questo.