Un fascio di luce per attrarre oggetti verso una sorgente luminosa. Stiamo parlando un raggio traente? Quello citato più volte nell'Universo di Star Trek? Sì, anche se in scala microscopica. Ricercatori della University of St Andrews (Scozia) e dell'Institute of Scientific Instruments (ISI) della Repubblica Ceca hanno trovato un modo per generare uno speciale campo ottico in grado di invertire in modo efficiente la pressione della radiazione luminosa.
La nuova tecnica, secondo gli scienziati, potrebbe portare alla creazione di test medici più efficienti, quali l'esame dei campioni di sangue. Si parte quindi da prospettive meno fantasiose, per il momento, rispetto a quella raccontata da film e serie TV.
"Sfortunatamente c'è un trasferimento di energia. Su scala microscopica, questo va bene, ma in scala macro, causerebbe grandi problemi", ha dichiarato il Dr Tomas Cizmar della University of St Andrews, che ha lavorato insieme al Dr Oto Brzobohaty e al professor Pavel Zemanek, entrambi dell'ISI. "Si tradurrebbe in una massiccia quantità di riscaldamento per un oggetto come una navetta spaziale. Quindi catturare una nave spaziale è fuori discussione".
All'interno del sistema sperimentale, il fascio di luce è convertito in un dispositivo che attrae e raccoglie micro-oggetti, proprio come quando si usa una catena.
In attesa che qualcuno in un lontano futuro trovi un metodo per riprodurre il raggio traente a noi caro, lo studio del team ceco-scozzese (pubblicato su Nature Photonics) è rilevante sotto molteplici punti di vista, anche perché dà un senso concreto a quelle che una volta erano solo teorie.
Normalmente quando la materia e la luce interagiscono tra loro, l'oggetto solido è spinto lontano per via dell'impatto con i fotoni. Questa forza della radiazione luminosa venne identificata per prima da Giovanni Keplero, osservando come le code delle comete puntino nella direzione opposta al Sole.
Negli ultimi anni i ricercatori hanno realizzato che mentre questo fenomeno si presenta nella maggior parte dei campi ottici, vi sono particolari condizioni in cui questa forza s'inverte. Gli scienziati hanno così ricreato tali condizioni, dimostrando sperimentalmente il concetto di attrarre un oggetto investito da un fascio di fotoni.
L'aspetto importante è che l'intensità della forza negativa risponde in base alle proprietà dell'oggetto, quali le dimensioni e la composizione. Questo a sua volta permette un ordinamento ottico di micro-oggetti all'interno di un dispositivo semplice ed economico.
Nell'ultimo decennio il frazionamento ottico è stato identificato come una delle applicazioni biomediche più promettenti per quanto riguarda la manipolazione ottica, permettendo ad esempio di ordinare macromolecole, organelli (o organuli) o cellule.
La cosa interessante è che gli scienziati hanno identificato determinate condizioni in cui gli oggetti trattenuti dal campo di forza di un raggio traente si riorganizzavano per formare una struttura che rendeva il raggio ancora più forte.
"Data la similarità tra la manipolazione di particelle ottiche e acustiche possiamo anticipare che questo concetto fornirà ispirazione per futuri studi in aree al di fuori del campo della fotonica", ha affermato il Dr Cizmar. "Le applicazioni pratiche potrebbero essere molteplici. Il raggio traente è capace di agire su specifiche particelle che compongono una miscela", ha aggiunto il Dr Tomas Cizmar. "Ad esempio potrebbe essere usato per separare i globuli bianchi nel sangue".