Due ricercatori dell’Istituto dei sistemi complessi del Cnr di Firenze e dell’Università dell’Insubria (Como) hanno dimostrato teoricamente che è possibile creare dei percorsi «a senso unico» per la luce e il suono, esplorando le nuove frontiere della fisica non lineare. La scoperta prelude ad applicazioni nel campo dei computer quantistici e dell’acustica
Normalmente la luce non ha una direzione di propagazione preferenziale e si può trasmettere con uguale intensità, per esempio, da destra a sinistra o viceversa. Ma esistono materiali detti «non lineari» che, al contrario di quelli tradizionali, ne permettono il passaggio da alcune direzioni e non da altre, producendo un percorso «a senso unico» per le onde luminose.
Questa possibilità è stata prevista teoricamente da Stefano Lepri, ricercatore dell’Istituto dei sistemi complessi del Consiglio nazionale delle ricerche di Firenze (Isc-Cnr), e Giulio Casati, professore presso il Centro per i sistemi complessi dell’Università dell’Insubria: da un loro studio, sono scaturite speculazioni teoriche secondo le quali sarebbe possibile ottenere questo risultato con altri tipi di onde, dunque anche con il suono. La ricerca prelude al potenziale utilizzo di questi materiali per applicazioni ottiche e acustiche in diversi campi, dai computer quantistici all’insonorizzazione ambientale.
«Un nostro articolo pubblicato su “Physical Review Letters” descrive, tramite un modello matematico, cosa accade facendo passare della luce attraverso un materiale non-lineare – spiega Lepri -. Estendendo il nostro modello alle onde acustiche si può immaginare che un suono di una data intensità possa attraversare il materiale non lineare in una direzione, ma non in quella opposta. Così si può ipotizzare, ad esempio, che nel prossimo futuro sarà possibile insonorizzare una stanza in modo “unidirezionale”, riuscendo a non far sentire al di fuori i suoni prodotti all’interno, ma mantenendo la possibilità di percepire quelli esterni».
Secondo Giulio Casati lo studio dimostra che «è possibile costruire particolari diodi, simili a quelli dei componenti elettronici che conducono elettricità in una sola direzione, per guidare la traiettoria di un fascio luminoso, ad esempio in un computer ottico o a quanti». Il carattere rivoluzionario dello studio sta nel fatto che la possibilità di trasmissione a senso unico delle onde è negata dal teorema della reciprocità, secondo il quale le onde che attraversano un materiale in una direzione non potranno in nessun caso essere «bloccate» nella direzione opposta. «Per superare questo limite dobbiamo andare oltre le concezioni classiche della fisica lineare – conclude il ricercatore -. Nei sistemi non lineari sono possibili risultati a volte anche inaspettati».
Casati aveva già dimostrato 10 anni fa la possibilità di trasmissione unidirezionale con un’altra forma di energia, il calore, riuscendo a trasferirlo in modo non lineare secondo la stessa direzione «a senso unico».
(Fonte Cnr)
