Alcune delle domande più affascinanti della fisica sono anche le più semplice in assoluto:

Cosa è l’atomo? Ma soprattutto come è fatto? E poi la più “pesante” di tutte… Quanto è denso l’Atomo?

Paradossalmente rispondere in modo preciso a queste domande risulta essere alquanto complesso.

Tutti i fisici, prima o poi, si sono dovuti scontrare con queste domande e le loro risposte sono derivate solo da formule teoriche basate su osservazioni comportamentali che, i cosiddetti “mattoni della materia”, sembrano avere.

Comportamenti non sempre costanti e che possono variare a seconda delle condizioni imposte dai ricercatori ed atte a cercare di dare una risposta univoca ai suddetti.

Questo ha fatto sì che nemmeno al CERN, l’ente di ricerca nato appositamente per dare una spiegazione razionale al comportamento fisico della materia, vi siano certezze su questo argomento; a complicare nettamente le cose, poi vi sono effetti che hanno dell’incredibile se non del fantascientifico.

Sto parlando di ciò che è stato osservato in questi giorni in un laboratorio del CALTECH (California Institute of Technology).

Il fenomeno, chiamato “Collettively Induced Transparency” (o CIT), fa sì che gruppi di atomi smettano bruscamente di riflettere la luce a frequenze specifiche.

Da quello che sappiamo, un qualsiasi oggetto diventa visibile quando la luce incidente su di esso viene riflessa dagli atomi che lo compongono; secondo quanto invece rilevato in laboratorio, a particolari frequenze luminose, i “mattoncini” che compongono la materia è come se diventassero trasparenti.

Questo particolare effetto CIT è stato scoperto confinando gli atomi di Itterbio (Yb, numero atomico 70, peso atomico 173,04) all’interno di una cavità ottica, essenzialmente una minuscola scatola in grado di confinare al suo interno la luce a particolari frequenze (lo strumento misura solo 20 micron di lunghezza e include caratteristiche inferiori a 1 micron), e poi irradiandoli con un fascio Laser.

In queste condizioni la luce Laser “rimbalza” sugli atomi fino a che, quando la frequenza del raggio viene regolata ad un certo valore, appare una finestra trasparente in cui la luce passa semplicemente nella cavità attraverso il materiale, senza ostacoli.

“Non abbiamo mai saputo che esistesse questa ‘finestra di trasparenza’”, affermano Andrei Faraon del Caltech e il William L. Valentine, professore di fisica applicata e ingegneria elettronica, co-autori di un articolo sull’argomento pubblicato il 26 aprile dalla rivista “Nature”.

Questo ha scatenato l’interesse, più che per l’effetto in sé, per cercare di scoprire il perché questo accada.

Una prima analisi della “Transparency Window” indica che essa sembra essere il risultato di interazioni, nella cavità, tra gruppi di atomi ed il fascio di luce.

In questa specifica “interferenza”, gruppi di atomi assorbono e riemettono continuamente luce, che generalmente si traduce nella riflessione della luce del laser.

Tuttavia, alla frequenza CIT, si crea un equilibrio tra i fotoni incidenti e quelli riflessi da ciascuno degli atomi presente nel gruppo, con conseguente calo dell’effetto dovuto alla riflessione.

“Attraverso tecniche di misurazione effettuate nel campo dell’ottica quantistica convenzionale, abbiamo scoperto che il nostro sistema aveva raggiunto uno stato inesplorato, rivelando una nuova fisica”, afferma lo studente laureato Rikuto Fukumori, anch’esso co-autore dell’articolo di “Nature”.

Il fenomeno della trasparenza, non è però il solo effetto interessante, i ricercatori hanno, infatti, anche osservato che un certo raggruppamento di atomi può assorbire ed emettere luce la luce incidente del Laser con velocità diverse, molto più velocemente o molto più lentamente, rispetto a quanto succede con un singolo atomo, e a seconda dell’intensità del fascio.

Anche questi processi, chiamati superradianza e subradianza, e il loro comportamento fisico intrinseco sono ancora poco conosciuti a causa del gran numero di particelle quantistiche interagenti.

La presente ricerca non fa che ampliare la comprensione del misterioso mondo degli effetti quantistici, ma non solo… questa scoperta potrebbe, un domani, aiutare la ricerca verso, ad esempio, le memorie quantistiche nelle quali le informazioni vengono immagazzinate grazie ad un insieme di atomi fortemente raggruppati ed interagenti.