I ricercatori del Caltech hanno progettato un modo per far levitare e spingere gli oggetti usando solo la luce, creando modelli specifici su nanoscala sulle superfici degli oggetti.

Anche se ancora teorico, il lavoro è un passo verso lo sviluppo di un veicolo spaziale che potrebbe raggiungere il pianeta più vicino al di fuori del nostro sistema solare in 20 anni, alimentato e accelerato solo dalla luce.

Un articolo che descrive la ricerca appare online nel numero del 18 marzo della rivista Fotonica della natura . La ricerca è stata fatta nel laboratorio di Harry Atwater, Howard Hughes Professore di Fisica Applicata e Scienza dei Materiali nella Divisione di Ingegneria e Scienze Applicate del Caltech.

Decenni fa, lo sviluppo delle cosiddette pinzette ottiche ha permesso agli scienziati di spostare e manipolare piccoli oggetti, come nanoparticelle, utilizzando la pressione radiativa di un raggio di luce laser fortemente focalizzato. Questo lavoro ha costituito la base per il Premio Nobel per la Fisica 2018. Però, le pinzette ottiche sono in grado di manipolare solo oggetti molto piccoli e solo a distanze molto brevi.

Ognjen Ilic, borsista post-dottorato e primo autore dello studio, fa un'analogia:"Si può far levitare una pallina da ping pong usando un flusso d'aria costante da un asciugacapelli. Ma non funzionerebbe se la pallina da ping pong fosse troppo grande, o se fosse troppo lontano dall'asciugacapelli, e così via."

Con questa nuova ricerca, oggetti di molte forme e dimensioni diverse, dai micrometri ai metri, potevano essere manipolati con un raggio di luce. La chiave è creare modelli specifici su nanoscala sulla superficie di un oggetto. Questo pattern interagisce con la luce in modo tale che l'oggetto possa raddrizzarsi quando viene perturbato, creando una coppia di ripristino per mantenerlo nel raggio di luce. Così, piuttosto che richiedere raggi laser altamente focalizzati, il patterning degli oggetti è progettato per "codificare" la propria stabilità. La fonte di luce può anche essere a milioni di miglia di distanza.

"Abbiamo escogitato un metodo che potrebbe far levitare oggetti macroscopici, "dice Atwater, che è anche il direttore del Centro comune per la fotosintesi artificiale. "C'è un'applicazione audacemente interessante per usare questa tecnica come mezzo per la propulsione di una nuova generazione di veicoli spaziali. Siamo molto lontani dal farlo davvero, ma stiamo testando i principi".

In teoria, questo veicolo spaziale potrebbe essere modellato con strutture su nanoscala e accelerato da una luce laser basata sulla Terra. Senza bisogno di trasportare carburante, il veicolo spaziale potrebbe raggiungere molto in alto, anche velocità relativistiche e possibilmente viaggi verso altre stelle.

Atwater prevede anche che la tecnologia possa essere utilizzata qui sulla Terra per consentire la produzione rapida di oggetti sempre più piccoli, come i circuiti stampati.

Il documento è intitolato "Levitazione fotonica autostabilizzante e propulsione di oggetti macroscopici nanostrutturati". Il finanziamento è stato fornito dall'Air Force Office of Scientific Research.