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Il mantello dell’invisibilità e i pesci che volano sull’acqua.
Magie da Harry Potter? No, metamateriali.
Ovvero, come giocare con la luce secondo John Pendry
Genova, 31 ottobre 2011. I nuovi “maghetti” fanno le acrobazie con la luce. Ma non si
tratta di supereroi: gli Harry Potter del futuro sono lenti perfette, non più limitate dalla
lunghezza d’onda. Mantelli dell’invisibilità che permettono alla luce di aggirare gli
oggetti. Circuiti elettronici che si basano sui plasmoni. Insomma, magie della rifrazione
negativa. Perché dall’acqua dentro una bottiglia di vetro alla superficie di una piscina,
l’ottica a volte può rivelarsi controintuitiva. E, come spiega il fisico John Pendry, farci
capire che niente è come sembra.
Di grafico in grafico, in una affollata Sala del Minor Consiglio, si impara che la luce si può
trasformare in qualcos’altro. Come i plasmoni, per esempio. “C’è una vasta area di ricerca
che si occupa di questo – spiega Pendry - il segnale plasmonico a parità di frequenza ha
una lunghezza d’onda più piccola. Questo è connesso ai metamateriali perché dove ci
sono risonanze plasmoniche, la funzione dielettrica diventa negativa. Grazie ai
metamateriali, dunque, ottengo lenti non più limitate dalla lunghezza d’onda”.
Da qui, il segreto del mantello dell’invisibilità: perché trattando l’indice di rifrazione, si
ottengono materiali con un indice di rifrazione molto piccolo: “Così la luce va veloce e può
fare un percorso più lungo. Chi guarda verso quell’oggetto, in questo modo, non vede più
l’oggetto perché la luce gli è girata intorno e ha fatto un mantello dell’invisibilità: qualcosa
che non esiste più solo nel mondo di Harry Potter. Ma che diventa realtà”.
Ma che cos’è una lente? “Innanzitutto si chiama così perché ha preso il nome dalla
lenticchia. È Fermat che ci ha insegnato come possiamo capire la funzione di una lente,
ipotizzando che la luce facesse il percorso più breve tra le immagini. È lui ad aver capito la
focalizzazione della luce. Tutte le lenti che conosciamo oggi non riescono a vedere
nulla di più piccolo della lunghezza d’onda della luce”.
Dal Cd al Dvd fino al Blue Ray, “quando si ha la rifrazione della luce, la luce entra nel
medium. Solo in un materiale particolare e nuovo, però, la luce forma un angolo di
rifrazione negativo”. Per vedere la rifrazione negativa, che sembra un concetto così
controintuitivo, basta in realtà lanciare il sasso in uno stagno, e osservarne le increspature:
“Quello che colpisce è che il fenomeno della rifrazione negativa è stato studiato per la
prima volta nel ’68. Prendiamo l’effetto piscina: se si guarda dentro la profondità
dell’acqua, non vi sembra sempre minore di quanto non sia in realtà? Il rapporto tra
profondità reale e quella apparente è importante per l’indice di rifrazione. Se si riempisse
la piscina con un materiale con indice di rifrazione negativa, sembrerebbe che i bambini
nuotino sospesi per aria, sopra la piscina”.
Un altro esempio, un “paradosso”, continua Pendry, è “come vediamo un liquido dentro
una bottiglia di vetro. Non si riesce a veder il vetro, si vede solo l’acqua. Ma se la
bottiglia fosse fatta di un materiale con un indice di rifrazione negativa, l’acqua non
arriverebbe fino al bordo del vetro”.
In natura, un materiale con indice di rifrazione negativa, non si trova: “Lo produciamo
usando i metamateriali. Al momento, si stanno studiando molti materiali diversi: un
sandwich di floruro di magnesio e argento, dalla struttura risonante. Un problema, però, è
che se abbiamo dei metalli nelle strutture, questi hanno resistenza elettrica. Allora bisogna
aggiungere un colorante con un laser”.
I metamateriali possono avere una applicazione anche acustica. “Si può costruire una
sorta di mantello acustico, nascondere una determinata regione dal suono. Le applicazioni
sono moltissime: si sta cercando di produrre anche pareti che riflettano il suono”.