Uno specchio tenuto insieme dai laser

Leggero. Circa 150 piccole perle riflettenti sono tenute insieme dalla luce laser, formando questa disposizione (riquadro) che può fungere da specchio per vedere gli oggetti nello spazio.

Immagina un telescopio spaziale delle dimensioni di un campo da calcio che pesa quanto poche fette di pane. I ricercatori hanno fatto un passo in avanti verso questo obiettivo creando un piccolo specchio con minuscole particelle di polistirene, tenute insieme dai laser. Senza alcun vincolo di peso, i telescopi potrebbero essere molto più potenti di quanto si pensasse in precedenza.

Quando si tratta di telescopi spaziali, più grande è meglio. Telescopi come il telescopio spaziale Hubble usano grandi specchi per raccogliere la luce, e più grande è lo specchio, maggiore è la luce che possono raccogliere, consentendo loro di vedere le galassie più deboli e distanti. Ma gli specchi grandi e pesanti sono costosi da produrre e lanciare nello spazio. Quindi gli scienziati hanno cercato di capire un modo per andare alla grande senza andare pesante.

Nel 1970, il fisico Arthur Ashkin dei Bell Labs di Holmdel, nel New Jersey, realizzò che i raggi laser potevano contenere particelle minuscole. Da allora, gli scienziati hanno usato laser per intrappolare atomi, molecole e altre piccole particelle. Usando questi cosiddetti pinzette ottiche Ad esempio, i biologi sono stati in grado di sondare virus, cellule, batteri e DNA.

Poi, nel 1979, l'astronomo Antoine Labeyrie, ora al College of France di Parigi, propose che i laser potessero essere usati anche per intrappolare e corrodere una collezione di particelle per formare una superficie riflettente, creando uno specchio estremamente leggero per un telescopio spaziale. Un telescopio da 35 metri, ad esempio, peserebbe solo 100 grammi. Al contrario, lo specchio primario di Hubble è largo 2,4 metri ma pesa 828 chilo grammi. Il telescopio non solo sarebbe leggero, ma sarebbe anche in grado di ripararsi da solo se colpito da meteoriti volanti. "La tendenza naturale delle particelle sarebbe quella di tornare al suo stato di equilibrio e riformare la membrana", spiega il fisico Tomasz Grzegorczyk della BAE Systems di Burlington, nel Massachusetts. "Questo è un vantaggio enorme."

Segnalazione questo mese a Lettere di revisione fisica Grzegorczyk e colleghi dell'Istituto federale svizzero di tecnologia di Losanna lo dicono hanno usato i laser per sistemare circa 150 perle di 3 micron di diametro per produrre una superficie piatta e riflettente . Nell'esperimento, le perle sono contenute in una cella di vetro riempita d'acqua. Un raggio laser splende sotto le perline, facendoli allineare su una superficie piatta. Per dimostrare che la superficie era davvero uno specchio, i ricercatori l'hanno usata per riflettere un'immagine del numero otto fatta dalla luce splendente attraverso un righello trasparente. Hanno anche calcolato che una superficie riflettente creata modellando uno stormo di minuscole particelle in una parabola potrebbe focalizzare un'immagine proprio come fa uno specchio del telescopio.

C'è ancora molto lavoro da fare prima che un simile telescopio possa essere costruito, riconosce Grzegorczyk. "È un passo avanti, ma rimangono sfide enormi", dice. Per esempio, un vero telescopio probabilmente dovrebbe essere almeno un milione di volte più grande, il che richiederebbe laser potenti che non esistono ancora. Forse la più grande difficoltà sarebbe capire come stabilizzare le particelle nel vuoto dello spazio, dice. Nell'esperimento, l'acqua in cui sono immerse le perline aiuta a evitare che le particelle si muovano e causino la caduta della formazione del reticolo. Tuttavia, gli ostacoli rimanenti sono principalmente tecnologici, afferma Grzegorczyk, e la tecnologia è in costante miglioramento.

"Il fatto che siano riusciti a creare uno specchio è un risultato fantastico", afferma il fisico Gian-Luca Lippi dell'Istituto non lineare di Nizza in Francia, che non è stato coinvolto nel lavoro. Mentre studi teorici hanno suggerito in precedenza che ciò era possibile, osserva, questa è la prima dimostrazione sperimentale.

Ma il fisico Jene Golovchenko dell'Università di Harvard è più scettico. Poiché l'esperimento si basa sull'acqua all'interno di una cella di vetro, "completamente annaffia i problemi veramente seri che richiedono soluzioni creative per uno specchio spaziale", dice. Il modo in cui i ricercatori confermano che il numero otto è effettivamente riflesso dalle particelle sembra imperfetto, ei dati risultanti non sono abbastanza quantificati. I risultati mancano di intensità misurate e una discussione delle dimensioni spaziali e della risoluzione delle immagini. "Considerare questo come un grande progresso credo non sia giustificato", dice Golovchenko.

Il fisico Michael Burns, anche lui di Harvard, concorda sul fatto che non è chiaro quanto sia efficiente lo specchio nel riflettere la luce. Ma, dice, "stanno dimostrando che il principio è valido". Il lavoro rende un telescopio un po 'più vicino alla realtà, aggiunge. "Devi fare dei passi in quella direzione, e questo è bello."

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