L'Europa investe 4,4 milioni di euro in una tecnologia fotonicavanguardistica che potrebbe rivoluzionare il modo in cui la luce interagisce con la materia. L'Unione Europea, attraverso il programma Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) inserito in Horizon Europe, ha finanziato HiPOVor (High-Power Optical Vortices), una rete dottorale coordinata dall'Università di Tampere che formerà 15 ricercatori specializzati nei fasci luminosi ad alta potenza dotati di momento angolare orbitale. Questi particolari fasci di luce, conosciuti come vortici ottici, rappresentano una frontiera scientifica che potrebbe avere applicazioni trasversali dalla nanofabbricazione alla trasmissione dati, dalla fisica delle particelle all'imaging ad altissima risoluzione.
I vortici ottici si distinguono dai tradizionali fasci laser per una caratteristica fondamentale: trasportano momento angolare orbitale, una proprietà fisica che conferisce alla luce una struttura elicoidale. Questa peculiarità apre possibilità straordinarie nel campo dell'interazione luce-materia, consentendo lavorazioni di materiali con precisione nanometrica, accelerazione di particelle attraverso meccanismi inediti e moltiplicazione della capacità di trasmissione nelle comunicazioni ottiche attraverso la modulazione di questo ulteriore grado di libertà della luce. Tuttavia, la diffusione di questa tecnologia è stata finora ostacolata da un limite critico: l'assenza di tecniche affidabili per generare questi fasci e, soprattutto, per preservarne le caratteristiche uniche durante la propagazione o quando interagiscono con diversi materiali, specialmente a livelli di potenza elevati.
Il progetto HiPOVor affronta queste sfide attraverso un approccio integrato che copre l'intera filiera dello sviluppo tecnologico. I dottorandi coinvolti acquisiranno competenze che spaziano dalla progettazione di componenti ottici avanzati allo studio dei meccanismi fondamentali dell'interazione luce-materia, dall'amplificazione ad alta potenza alle applicazioni pratiche in diversi settori industriali. La formazione interdisciplinare rappresenta il cuore del progetto: i ricercatori lavoreranno in un contesto che integra fisica fondamentale, ingegneria ottica, scienza dei materiali e sviluppo industriale.
Come sottolinea la dottoressa Regina Gumenyuk, coordinatrice del progetto presso l'Università di Tampere, la rete dottorale mira a plasmare la prossima generazione di scienziati e innovatori nel campo della fotonica. L'obiettivo non si limita alla formazione accademica: il network intende facilitare lo sviluppo di nuovi prodotti e processi più efficienti, includendo innovazioni nei componenti ottici e nella nanofabbricazione. Un aspetto particolarmente significativo riguarda la sostenibilità ambientale: il progetto prevede di ridurre l'utilizzo di sostanze chimiche pericolose nei processi di lavorazione e di diminuire le dimensioni e il consumo energetico dell'hardware attraverso tecnologie predittive avanzate specificamente sviluppate per i vortici ad alta potenza, secondo un approccio di economia circolare.
La collaborazione con l'Extreme Light Infrastructure - Nuclear Physics (ELI-NP), l'impianto laser di massima potenza esistente al mondo, rappresenta un elemento distintivo del consorzio. Questa infrastruttura di ricerca all'avanguardia consentirà ai dottorandi di lavorare con intensità luminose estreme, esplorando regimi di interazione luce-materia finora inesplorati e testando la stabilità dei vortici ottici in condizioni che simulano applicazioni industriali reali ad alta intensità.
Il professor Goëry Genty dell'Università di Tampere evidenzia come i vortici ottici ad alta potenza non siano affascinanti solo da un punto di vista fondamentale, ma possiedano il potenziale per trasformare applicazioni che vanno dalla manifattura di precisione all'imaging ad alta risoluzione. La ricerca fondamentale sulla fisica dei vortici ottici si intreccia quindi con prospettive applicative concrete: dalla microchirurgia laser all'elaborazione di materiali ultraresistenti, dalla microscopia avanzata per le scienze della vita ai sistemi di comunicazione ottica che potrebbero moltiplicare la banda disponibile sfruttando il momento angolare orbitale come canale aggiuntivo di codifica dell'informazione.
Il progetto HiPOVor prenderà avvio il 1° gennaio 2026, con una durata tipica dei programmi dottorali MSCA di quattro anni. Il consorzio europeo riunisce competenze multidisciplinari distribuite geograficamente per massimizzare lo scambio di conoscenze e facilitare la mobilità dei ricercatori tra istituzioni accademiche e partner industriali. Questo modello formativo, caratteristico delle Marie Skłodowska-Curie Actions, mira a preparare scienziati con un profilo professionale completo, capaci di operare sia nella ricerca fondamentale che nello sviluppo tecnologico applicato, rispondendo così alle esigenze del settore fotonico europeo, un comparto strategico per l'economia e l'innovazione del continente.
Le prospettive future della ricerca sui vortici ottici ad alta potenza si estendono ben oltre gli obiettivi specifici di HiPOVor. Tra le domande ancora aperte vi sono i limiti fisici nella generazione di vortici con ordini elevati di momento angolare, la stabilità di questi fasci in mezzi non lineari e turbolenti, e la possibilità di controllare dinamicamente le proprietà dei vortici in tempo reale. Le risposte a questi interrogativi scientifici determineranno quanto rapidamente questa tecnologia potrà passare dai laboratori di ricerca alle applicazioni commerciali, trasformando settori industriali che vanno dalla produzione manifatturiera avanzata alle telecomunicazioni di prossima generazione.