Fisica non lineare: percorsi a senso unico per la luce e il suono

Fisica non lineare: percorsi a senso unico per la luce e il suono

04 novembre 2011

Due ricercatori dellIstituto dei sistemi complessi del Cnr di Firenze e dellUniversità
dellInsubria (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,
pubblicata su Physical Review Letters, prelude ad applicazioni nel campo dei computer quantistici e dellacustica

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 dellIstituto dei
sistemi complessi del Consiglio nazionale delle ricerche di Firenze (Isc-Cnr), e Giulio Casati,
professore presso il Centro per i sistemi complessi dellUniversità 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 allinsonorizzazione 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 allinterno, 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 unaltra
forma di energia, il calore, riuscendo a trasferirlo in modo non lineare secondo la stessa direzione a senso unico.

Scheda

Che cosa: nuove frontiere della fisica non lineare: dimostrato teoricamente che è possibile creare dei percorsi a senso unico per la luce e il suono
Chi: Istituto dei sistemi complessi del Consiglio nazionale delle ricerche di Firenze (Isc-Cnr), Centro per i sistemi complessi dellUniversità dell’Insubria, Como

Riferimenti

focus.aps.org
link.aps.org
sciencenews.org

Per informazioni:

Stefano Lepri, Istituto dei sistemi complessi (Isc-Cnr)
http://www.fi.isc.cnr.it/users/stefano.lepri/

Giulio Casati, Centro per i sistemi complessi dellUniversità dell’Insubria, Como e-mail: giulio.casati@uninsubria.it