L'articolo di Ethel Holmer su "Piegare la luce"

Pubblico l'articolo di Ethel Holmer (che ringrazio :))

PIEGARE LA LUCE

Avete mai provato a piegare la luce?

Ma, soprattutto, è possibile?

E a cosa serve?

Se ne è parlato lunedì 28 settembre a Essenza Italia, alla sesta tappa di "Scienza on the road", progetto di SecondPhysics ed Immersiva, che si propone di diffondere la cultura all'interno di Second Life e di divulgare materie scientifiche attraverso un tour itinerante in varie land.

Componente essenziale di questo progetto è il pubblico, anche lunedì gli avatar sono accorsi numerosi per assistere alla lezione di Eleonora Porta, che con semplici e mirate domande li ha coinvolti, interagendo con loro, fino a portarli alle spiegazioni finali.

E' stato un vero e proprio viaggio alla scoperta delle fibre ottiche, che si utilizzano nelle più recenti applicazioni delle telecomunicazioni, perché garantiscono qualità, in termini di velocità di trasmissione e bassa attenuazione dei segnali.

La base di tutto è la luce, ma quali sono le sue sorgenti? Quelle naturali, come il sole, e le artificiali, come lase-pointer, torce o lampadine. La luce si propaga in linea retta, è questa la sua direzione.

Ma è poi sempre vero? In realtà no.

Se una persona, magari di fretta, deve portarsi dal punto A al punto B potrebbe constatare che il percorso in linea retta non è sempre percorribile: potrebbe incappare in ostacoli e dovrebbe aggirarli, ideando percorsi alternativi, per arrivare al suo obiettivo.

La luce, che ha fretta anch'essa di arrivare all'obiettivo, sceglie il percorso col minimo tempo di percorrenza.

L'obiettivo potrebbe dunque non essere quello di farle fare un percorso in linea retta, ma di convogliarla, a seconda dell'utilità.

Eleonora Porta ha spiegato quali ostacoli può incontrare la luce tanto da deviare dal suo percorso. Illuminante è il fenomeno della rifrazione. Posizionando una cannuccia dentro un bicchiere d'acqua mezzo pieno, si vedrà integra per la parte che resta nell'aria, e piegata quella immersa nell'acqua.

Ciò accade perché aria e acqua sono due mezzi diversi attraverso i quali viaggia la luce, ed in cui anche la velocità della luce è diversa. La luce nell'aria, che è simile al vuoto, ha una certa velocità, maggiore di quella che ha nell'acqua, dove incontra più resistenza.

v = C / n

L'indice di rifrazione (n) nell'aria, quindi, è minore di quello nell'acqua, e la velocità aumenta.

Esistono dunque due mezzi, aria e acqua, separati da una superficie; la luce, che l'attraversa, avrà una diversa inclinazione. E ancora: la luce è più veloce nel vetro o nel vuoto? Anche qui, mezzi diversi, ma nel vuoto è più veloce, anzi il massimo in fatto di velocità.

Ed ecco la spiegazione su come funziona la propagazione in fibra ottica, che è fatta di vetro (silice): il raggio, passando da un mezzo con indice di rifrazione con valore maggiore a quello con valore minore, si piega andando verso la superficie di contatto, ma non esce dal primo vetro, anzi vi rimane confinato, creando un angolo a 90°.

Facendo delle sezioni trasversali e longitudinali della fibra ottica infatti, ci accorgeremo che è composta da due cilindretti di vetro, una parte centrale detta nucleo, ed una parte attorno, il mantello: nucleo e mantello sono fatti in modo da far rimanere la luce all'interno del nucleo, conservando la potenza ottica originaria poichè l'energia vi rimane confinata: ecco che la luce è stata piegata, convogliata, in modo da contenere il suo raggio all'interno della fibra.

Bisogna far sì che il raggio incidente colpisca la superficie di separazione tra i due mezzi con un angolo particolare, chiamato angolo limite che produce tra la perpendicolare e dil raggio rifratto un angolo di 90°, altrimenti parte della luce uscirà dal nucleo verso il mantello e si avrà una perdita di potenza ottica.

Ci sono diversi tipi di fibra, quella multimodale, con un nucleo da diametro più grande, e la monomodale, con nucleo dal diametro minore (10 microm), che è anche la dimensione ottimale per la fibra ottica, perché la luce, muovendosi in uno spazio limitato, farà pochi percorsi, avrà pochi "modi" di percorrenza e, facendone meno, gli impulsi si disperderanno molto meno arrivando quasi contemporaneamente in fondo alla fibra.

Anche la velocità sarà maggiore nella fibra monomodale, perché il nucleo stretto diminuisce anche la dispersione modale, che altro non è se non un effetto che produce interferenza intersimbolica tra due impulsi molto vicini, limitando la frequenza con cui possiamo immettere questo treno di impulsi di luce che trasporta informazione.

Ecco che la trasmissione di informazione avviene attraverso le fibre ottiche, anche se il segnale che si propaga nelle telecomunicazioni non è esattamente la luce, ossia la radiazione visibile, ma la radiazione nell'infrarosso.

In ultimo Eleonora Porta ha voluto lanciare la sua sfida a builder e scripter presenti: creare una fibra ottica all'interno di Second Life, cimentarsi con modellini e chissà, magari riuscire a migliorarla.

La sfida è lanciata:chi riuscirà a piegare la luce all'interno del metaverso?

Ethel Holmer

blogger , residente di SL

ed utente , ex-moderatore del sito SecondLifeItalia.com