Il laser: tra scienza e fantascienza

Laser

Un laser è un dispositivo che emette un fascio di luce coerente attraverso un processo di amplificazione ottica. Il fascio di luce prodotto, che è molto stretto, è utile nello sviluppo di molte tecnologie e strumenti, anche di uso comune. Le lettere nella parola laser stanno per Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Esistono molti tipi di laser, inclusi laser a gas, laser a fibra, laser a stato solido, laser a colorante, laser a diodi e laser a eccimeri. Tutti questi tipi di laser condividono un set base di componenti.

Chi ha inventato i laser?

Possiamo far risalire la nascita dei laser ai primi due decenni del XX secolo. Fu allora che Albert Einstein scoprì la teoria quantistica della luce e dei fotoni (nel 1905) e il meccanismo dell’emissione stimolata (nel 1917), i due componenti chiave della scienza laser. Ma passarono altri quattro decenni prima che il primo laser apparisse effettivamente.

I laser si sono evoluti dai maser, che sono simili ma producono microonde e onde radio invece della luce visibile. I maser furono inventati negli anni ’50 da Charles Townes e Arthur Schawlow, entrambi vincitori del Premio Nobel per la fisica per il loro lavoro (Townes nel 1964 e Schawlow nel 1981).

Ma chi ha inventato il laser? Nel 1957, uno degli studenti laureati di Townes, Gordon Gould, abbozzò un’idea di come potesse funzionare una versione a luce visibile del maser, coniando la parola “laser” che è in uso da allora. Sfortunatamente, all’epoca non brevettò la sua idea e dovette dedicare i successivi 20 anni della sua vita a battaglie legali, ottenendo infine un brevetto per parte dell’invenzione del laser e sostanziali royalties arretrate nel 1977.

Sebbene Townes e Schawlow siano spesso accreditati di aver inventato il laser, la prima persona a costruire un laser a luce visibile funzionante è stato in realtà Theodore Maiman, che non ha mai veramente ottenuto il riconoscimento che meritava: il suo studio è stato rifiutato dalla rivista Physical Review Lettere e, nonostante fosse stato nominato due volte per il Premio Nobel per la Fisica, non ha mai vinto il massimo riconoscimento. Tuttavia, è stato inserito nella National Inventors Hall of Fame nel 1984 e ha ottenuto molti altri riconoscimenti in tutto il mondo per il suo lavoro innovativo.

Come funziona un laser?

La luce viaggia sotto forma di onde e la distanza tra i picchi di un’onda è chiamata lunghezza d’onda. Ogni colore della luce ha una lunghezza d’onda diversa. Ad esempio, la luce blu ha una lunghezza d’onda più corta della luce rossa. La luce solare, e la tipica luce di una lampadina, è composta da luce con molte lunghezze d’onda diverse. I nostri occhi vedono questo insieme di lunghezze d’onda come luce bianca.

Un laser funziona in maniera diversa. I laser non sono presenti in natura. Tuttavia, abbiamo escogitato modi per creare artificialmente questo speciale tipo di luce. I laser producono uno stretto fascio di luce in cui tutte le onde luminose hanno lunghezze d’onda molto simili. Le onde luminose del laser viaggiano insieme con i loro picchi tutti allineati o in fase. Questo è il motivo per cui i raggi laser sono molto stretti, molto luminosi e possono essere focalizzati in un punto molto piccolo.

Poiché la luce laser rimane focalizzata e non si diffonde molto (come farebbe una torcia), i raggi laser possono percorrere distanze molto lunghe. Possono anche concentrare molta energia su un’area molto piccola.

Come viene utilizzata la tecnologia laser?

I laser sono componenti chiave di molti dei prodotti che utilizziamo ogni giorno. Sono utilizzati in strumenti di precisione e possono tagliare diamanti o metalli spessi. Possono anche essere progettati per aiutare in interventi chirurgici delicati, come ad esempio accade per la chirurgia oculare LASIK.

I laser vengono utilizzati per registrare e recuperare le informazioni, vengono impiegati nelle comunicazioni e nel trasporto di segnali TV e Internet. Li troviamo anche in stampanti laser, lettori di codici a barre e lettori DVD. Aiutano anche a realizzare parti per computer e altri dispositivi elettronici.

Nella produzione, i laser vengono utilizzati per tagliare, incidere, forare e marcare un’ampia gamma di materiali grazie a delle speciali macchine a taglio laser, che permettono di tagliare, incidere e forare una varietà di supporti, non solo metalli.

Anche nella ricerca scientifica i laser hanno un ruolo importante. Gli spettrometri, che permettono di misurare lo spettro della radiazione elettromagnetica, cioè le proprietà della luce in funzione della sua lunghezza d’onda, aiutano gli scienziati a capire la composizione degli oggetti di studio. Ad esempio, il Rover Curiosity utilizza uno spettrometro laser per vedere quali tipi di sostanze chimiche si trovano in alcune rocce su Marte.

Le missioni della NASA hanno utilizzato i laser per studiare i gas nell’atmosfera terrestre. I laser sono stati utilizzati anche in strumenti che mappano le superfici di pianeti, lune e asteroidi. Gli scienziati hanno persino misurato la distanza tra la Luna e la Terra usando i laser, misurando il tempo impiegato da un raggio laser per viaggiare sulla Luna e tornare indietro.

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