Laser

 

Un LASER (dall'inglese 'Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation', amplificazione di luce tramite emissione stimolata di radiazione) emette onde elettro-magnetiche come la luce visibile, ma in una maniera molto particolare. La luce emessa da un laser si può visualizzare come un fascio di particelle, chiamate fotoni, che sono prive di massa e che viaggiano alla massima velocità fisicamente possibile, appunto la velocità della luce (la luce impiega solo 8 minuti per raggiungere la Terra dal Sole, e solo 2.5 secondi per viaggiare dalla Terra alla Luna).

Il `colore' della luce è determinato dalla sua lunghezza d'onda, che è a sua volta inversamente proporzionale all'energia del fotone: più `corta' è la lunghezza d'onda, più alta è l'energia. La lunghezza d'onda tipica della luce visibile è dell'ordine del `nanometro' (simbolo nm), cioè un miliardesimo di metro.

Il sistema laser usato nel rivelatore GEO600

Il sistema laser usato nel rivelatore GEO600. Foto: Albert Einstein Institute, Hannover.

La maggiorparte delle lampade e delle più comuni sorgenti di luce generano un mix di fotoni con differenti lunghezze d'onda e che viaggiano in diverse direzioni. Un laser ha invece la capacità di produrre fotoni che abbiano tutti la stessa lunghezza d'onda e che siano diretti tutti nella stessa identica direzione.

Oggi tutti noi usiamo i laser quotidianamente e spesso senza saperlo: un normale computer usa il laser per leggere e scrivere i CD, così come il lettore DVD, che usa laser a luce rossa (640 nm) o un lettore Blu-Ray, che ne usa uno blu e viola (405nm). I laser a rubidio sono usati dagli oculisti per curare la miopia, o nella chirurgia estetica per rimuovere tatuaggi. Laser sono utilizzati per leggere codici a barre, per misurare dimensioni di ambienti e distanze, e cosi via.

I rivelatori di onde gravitazionali usano i laser per poter fare misure con grande sensibilità: dato che il fascio di luce prodotto da un laser è molto ben definito anche a grandi distanze, essi rappresentano una sorgente di luce ottimale per l'interferometria. In un interferometro i raggi laser vengono più volte scomposti e ricombinati, e dal profilo di interferenza che ne risulta possiamo misurare quanto più in là un raggio laser ha viaggiato rispetto all'altro (vedi la pagine sull'interferometria).

I sistemi laser più comuni funzionano sulla base di un processo chiamato `emissione stimolata': dai un'occhiata all'animazione Stimulated Emission e gioca con i parametri per scoprire come un laser funziona esattamente.

I rivelatori di onde gravitazionali usano tipicamente laser con lunghezza d'onda di 1064 nm, che è invisibile all'occhio umano (luce infrarossa). I puntatori laser hanno tipicamente meno di un milliWatt di potenza, un masterizzatore CD/DVD usa intorno ai 100-250 milliWatts, mentre un laser industriale richiede circa 1.5 kiloWatts. In un interferometro per onde gravitazionali, la potenza del laser non deve essere troppo bassa, altrimenti l'intensità della luce fluttua troppo riducendo la sensibilità dello strumento. Ma non deve essere neanche troppo alta, altrimenti un laser così potente potrebbe addirittura spingere gli specchi lontano dalla loro posizione ottimale, rendendo impossibile il funzionamento del rivelatore!