Le onde non si diffondono sempre uniformemente in tutte le direzioni, ma può formare un notevole "flusso ramificato". Alla TU Wien (Vienna) è stato ora sviluppato un metodo per controllare questo fenomeno.

Nello spazio libero, l'onda luminosa di un raggio laser si propaga su una linea perfettamente retta. In determinate circostanze, però, il comportamento di un'onda può essere molto più complicato. In presenza di un disordine, ambiente irregolare si verifica un fenomeno molto strano:un'onda in arrivo si divide in diversi percorsi, si ramifica in modo complicato, raggiungere alcuni luoghi con alta intensità, evitando gli altri quasi completamente.

Questo tipo di "flusso ramificato" è stato osservato per la prima volta nel 2001. Gli scienziati della TU Wien (Vienna) hanno ora sviluppato un metodo per sfruttare questo effetto. L'idea centrale di questo nuovo approccio è inviare un segnale d'onda esclusivamente lungo un singolo ramo preselezionato, tale che l'onda è appena percettibile altrove. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista PNAS .

Dalle particelle quantistiche agli tsunami

"Originariamente, questo effetto è stato scoperto studiando gli elettroni che si muovono come onde quantistiche attraverso minuscole microstrutture, " afferma il Prof. Stefan Rotter dell'Istituto di Fisica Teorica della TU Wien. "Tali strutture, però, non sono mai perfetti e vengono sempre con alcune imperfezioni; e sorprendentemente, queste imperfezioni fanno sì che l'onda elettronica si divida in rami, un effetto chiamato flusso ramificato".

Presto si è scoperto che questo fenomeno ondulatorio non si verifica solo nella fisica quantistica. In linea di principio può verificarsi con tutti i tipi di onde e su scale di lunghezza completamente diverse. Se, Per esempio, i raggi laser vengono inviati sulla superficie di una bolla di sapone, si dividono in più travi parziali, proprio come le onde dello tsunami nell'oceano:queste ultime non si diffondono regolarmente attraverso l'oceano, ma invece viaggiano in un complicato, motivo ramificato che dipende dalla forma casuale del fondo marino ondulato dell'oceano. Di conseguenza, può capitare che un'isola lontana venga colpita molto duramente da uno tsunami, mentre l'isola vicina è raggiunta solo da fronti d'onda molto più deboli.

"Volevamo sapere se queste onde possono essere manipolate in modo tale da viaggiare solo lungo un singolo ramo selezionato, invece di propagarsi lungo un'intera rete ramificata di percorsi in direzioni completamente diverse, " dice Andre Brandstötter (TU Wien), primo autore della pubblicazione. "E a quanto pare, è infatti possibile mirare alle singole filiali in modo controllato."

Analizza e adatta

La nuova procedura richiede solo due passaggi:primo, l'onda può diramarsi come di consueto su tutti i percorsi possibili. In una delle località che si raggiungono con alta intensità, l'onda è misurata in dettaglio. Il metodo sviluppato alla TU Wien può quindi essere utilizzato per calcolare come l'onda deve essere modellata all'origine, in modo che nella seconda fase possa essere inviato lungo un percorso selezionato, evitando tutti gli altri percorsi.

"Abbiamo utilizzato simulazioni numeriche per mostrare come trovare un'onda che si comporta esattamente nel modo desiderato. Questo approccio può essere applicato utilizzando una varietà di metodi diversi, " dice Stefan Rotter. "Puoi implementarlo con onde luminose che vengono regolate con speciali sistemi di specchi o con onde sonore che generi con un sistema di altoparlanti accoppiati. Anche le onde sonar nell'oceano sarebbero un possibile campo di applicazione. In ogni caso, le tecnologie necessarie sono già disponibili."

Con questo nuovo metodo, tutti questi diversi tipi di onde potrebbero essere inviati lungo un'unica traiettoria preselezionata da una complessa rete di percorsi. "Questa traiettoria non deve nemmeno essere dritta, " spiega Andre Brandstötter. "Molti dei possibili percorsi sono curvi:le irregolarità dell'ambiente circostante agiscono come un insieme di lenti con cui l'onda viene focalizzata e deviata ripetutamente".

Anche i segnali ad impulsi possono essere inviati lungo questi percorsi speciali, tale che le informazioni possano essere trasmesse in modo mirato. Ciò garantisce che un segnale d'onda arrivi esattamente dove dovrebbe essere ricevuto; in altre posizioni difficilmente può essere rilevato, il che rende l'ascolto molto più difficile.