Raggi traenti e Phaser, realtà sempre più fantascientifica

Raggi phaser. Imagecredit: Paramount via Memory Alpha

Per il 44° anniversario di Star Trek non poteva esservi migliore notizia, anzi per la verità sono ben due le notizie, che sembrerebbero tratte da un futuribile romanzo, mentre invece sono “solo” frutto dei meritori sforzi di lungimiranti e arditi ricercatori.

Un raggio traente è un sistema in grado di manipolare un oggetto spostandolo nelle 3 dimensioni o bloccandolo a mezz’aria in una sorta di levitazione sospesa. Avevamo già visto qualcosa di molto simile  un paio di mesi fa su questo stesso canale, ma si trattava di uno strumento olografico che si limitava a manipolare oggetti microscopici, anche se riesce a gestirne fino a 300 contemporaneamente!

Adesso i ricercatori dell’Australian National University, hanno annunciato di aver costruito un dispositivo capace di spostare piccoli oggetti con un raggio di azione di un metro e mezzo, sfruttando un raggio luminoso.

Il raggio trattore in azione sospende una particella. Credit: Courtesy of the Australian National University via ISNS

Andrei Rode, uno dei ricercatori, spiega che il dispositivo funziona con un raggio laser cavo proiettato su alcune piccole sfere di vetro. L’aria che circonda la particella vetrosa si riscalda, mentre l’interno buio del fascio luminoso lascia il centro delle sfere al “buio”, quindi rimangono fredde. Quando la particella inizia a spostarsi fuori dal centro del raggio, la forza delle molecole d’aria riscaldata la fanno rimbalzare fino a farla rientrare nuovamente verso la posizione iniziale.

Una piccola parte del raggio tuttavia, colpisce anche la faccia dell’oggetto rivolta verso l’origine, spingendola nella direzione opposta a causa dell’azione delle molecole di aria surriscaldate. Intercettando la sfera con un secondo raggio laser di questo tipo e variando opportunamente l’intensità, si ottiene il controllo completo di velocità e direzione.

Gli scienziati sostengono che sviluppando questa tecnologia, sarà possibile controllare a distanza oggetti anche per decine di metri, ma non potrà mai essere applicabile nello spazio, dove, come è ben noto, non esiste atmosfera. Temo che Kirk e i suoi dovranno ancora pazientare …

Un diagramma del SASER, In alto la struttura di un superlattice di strati di semiconduttori che trattengono onde acustiche in fase di amplificazione. In basso si vedono i livelli energetici degli elettroni confinati negli strati di superlattice, un fonone è in grado di produrre l'emissione di due fononi. Imagecredit: AIP

Nel frattempo, altri team di ricercatori hanno lavorato ad un nuovo tipo di amplificatore per un fascio coerente di onde sonore, teorizzando che il fonone, (la più piccola unità discreta di energia vibrazionale: un “quanto di suono”), può essere agevolmente amplificato da un dispositivo analogo al laser, chiamato SASER.  I fononi amplificati generano così un fascio sonico altamente coerente (in particolare, ultrasuoni ad alta frequenza), allo stesso modo in cui un laser ottico genera un raggio di luce coerente.

Oltre a permettere le indagini nel campo degli ultrasuoni a frequenze dell’ordine dei terahertz, il SASER offre una miriade di utilizzi in optoelettronica, se impiegato come metodo di modulazione  o di trasmissione del segnale. Per ottenere questo effetto, il dispositivo sfrutta le proprietà di un superlattice contenuto in una camera a riflessione acustica, che contiene dei wafer di semiconduttori, tipicamente arseniuri di gallio e alluminio.

Con l’aggiunta di elettroni, vengono prodotti fononi di breve lunghezza d’onda (nel range  dei terahertz). Poiché gli elettroni sono confinati nei pozzi quantici esistenti nel reticolo, la trasmissione della loro energia dipende dalla quantità di fononi generati. Quando questi giungono in altri strati del lattice,  eccitano altri elettroni, che a loro volta producono ulteriori fononi, provocando una reazione a catena che amplifica l’emissione globale dei fononi. Alla fine, un fascio di ultrasuoni con banda molto ristretta ad alta frequenza viene prodotto in output dal dispositivo.

La ricerca sui fononi è ancora ai suoi albori, ma un nuovo studio di J. T. Mendonca e collaboratori, sono riusciti per la prima volta a dimostrare la possibilità che i fononi possano venire eccitati collettivamente  in un gas  di atomi ultra-freddi, una tecnica utilizzata anche con il laser ottico quando eccita i fotoni. La nota umoristica è che proprio per questa analogia gli scienziati hanno pensato di chiamare il dispositivo proposto “phaser“, rischiando un curioso precedente. E se anche il nostro  familiare cellulare fosse stato chiamato comunicatore, potremo gridare impunemente “Beam me up, Scotty“?

Che dite: troppo Star Trek, o (forse) troppo poco?

Fonti: InsideScience.org –  Tractor Beams Get Real, PhysOrg – Scientists examine possibility of a phonon laser, or ‘phaser’

2 thoughts on “Raggi traenti e Phaser, realtà sempre più fantascientifica

  1. “Phaser” potrà anche stare per “photon laser”, ma ovviamente richiama alla mente anche Star Trek.
    Si avrebbe un altro caso simile a quello dello shuttle Enterprise, chiamato così in onore della nave di Kirk; in origine avrebbe dovuto chiamarsi Constitution, che nella serie TV è la classe alla quale appartiene proprio l’Enterprise🙂

    • Mi viene in mente anche l’iPad, che ricorda vagamente il Personal Access Display Device (o PADD). Sul replicatore e sul teletrasporto ci stiamo lavorando, anche se non credo si verifichino eclatanti exploit sul nome. Rimango curioso sui nomi che adotteranno i futuri sistemi di propulsione in astronautica: per warp, la vedo dura!

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