Grazie al “rumore” si sente meglio
Una nuova tecnica sviluppata da UniTS ed Elettra Sincrotrone
rivoluziona la Spettroscopia laser ultrarapida
Una ricerca condotta con l’Università della California (Irvine) e
Swinburne University (Melbourne) - Lo studio è pubblicato su
Nature - Light Science & Application
Un team di scienziati italiani, statunitensi e australiani, utilizzando la
spettroscopia laser ultrarapida in modo rivoluzionario, consegna un nuovo
potente strumento alla Fisica, alla Chimica e alla Fotonica. La tecnica, nella
sua versione classica, è utilizzata per localizzare specifici composti chimici
in materiali di varia natura, disegnando vere e proprie mappe vibrazionali che
ne svelano le caratteristiche più nascoste. Pubblicato su Nature - Light Science
& Application, lo studio guidato da Daniele Fausti dell’Università di Trieste ed
Elettra Sincrotrone S.c.p.a., consente di convertire in informazioni utili il
principale difetto di questa tecnica: il rumore.
L'area di ricerca di Padriciano (Trieste) dove si trova il syncrotrone
“Con rumore si intendono le fluttuazioni casuali generate dagli impulsi laser
mentre attraversano i materiali da analizzare – spiega il prof. Fausti – le
tecniche utilizzate da decenni si sono sempre sforzate di ridurle, noi siamo
riusciti a farle diventare fonti di informazioni ulteriori. Con strumenti molto
grandi, costosi e complessi era necessario ripetere le misurazioni migliaia di
volte al secondo in modo da poter misurare anche i più piccoli cambiamenti nel
campione in esame”.
Un modo di operare che non considerava attentamente un aspetto cruciale: ogni
realizzazione dell'esperimento è unica e quindi misurare la media su molti
esperimenti ripetuti non racconta la “storia completa”.
“Questo è stato l’Eureka del mio progetto di dottorato – continua Giorgia
Sparapassi dell’Università di Trieste e autore principale dello studio -
realizzare che le sottili differenze tra le diverse realizzazioni degli stessi
esperimenti portano un intero carico di informazioni che si perdono se si misura
la risposta in media è stato il punto di partenza di questa linea di ricerca".
Al progetto di ricerca, oltre a diversi membri del team di Fausti, hanno
partecipato il Dr. Jonathan Tollerud, ex collaboratore dell’università di
Trieste ora ricercatore della Swinburne University – Melbourne e, per gli
aspetti teorici, il Prof. Shaul Mukamel e il Dr. Stefano Cavaletto
dell’Università della California – Irvine.
Questa collaborazione ha quindi portato allo sviluppo di una nuova tecnica di
spettroscopia ultraveloce che, invece di rendere gli impulsi più stabili,
utilizza impulsi rumorosi e un approccio basato sulla correlazione tra le
intensità della luce a diversi colori per il rilevamento del segnale. In questo
nuovo quadro, il campione da analizzare viene sondato con impulsi laser
deliberatamente resi "poco educati", che mostrano quindi fluttuazioni nel tempo
e nella frequenza. Le informazioni dal campione sono poi codificate, recuperate
e decifrate.
Utilizzare la tecnica con questo nuovo approccio potrebbe avere importanti
ricadute in campo medico per l’osservazione, ad esempio, dei processi biologici
legati alle malattie degenerative, in quello energetico, per lo studio di nuovi
materiali al servizio delle rinnovabili e in generale in quello dei dispositivi
elettronici di ultima generazione.
Questo importante risultato è un’ulteriore dimostrazione di come l’eccellenza
del sistema scientifico territoriale triestino, che registra una concentrazione
di enti di ricerca senza pari in Italia, possa giocare un ruolo determinante sia
nella riuscita di progetti di ricerca ambiziosi che nella formazione di
scienziati leader in istituzioni nazionali e internazionali.