Onorificenza alla carriera

Dal 2006 l'Ufficio Europeo dei Brevetti premia con il Premio Inventore europeo le persone che con le loro idee e la loro creatività hanno contribuito in modo significativo allo sviluppo di prodotti innovativi. Tra i vincitori di quest'anno c'è una fisica dell'ETH di Zurigo: Ursula Keller, professoressa di fisica dei laser a impulsi brevi, è stata premiata dalla giuria nella categoria Lifetime Achievement per i suoi sviluppi nel campo dei laser ultraveloci.

Invenzione pionieristica

Ursula Keller ha gettato le basi per il suo lavoro di ricerca e sviluppo di successo durante il periodo trascorso presso i Bell Laboratories negli Stati Uniti all'inizio degli anni '90. Lì ha scoperto come convertire il laser continuo in un laser a bassa velocità. Lì ha scoperto come convertire la luce laser continua dei laser a stato solido pompati a diodo in impulsi laser ultraveloci. Con la tecnologia Sesam (l'acronimo sta per "semiconductor satureble absorber mirror"), ha aiutato la scienza, l'industria e la medicina a sviluppare un nuovo strumento che ha permesso interventi precisi mai immaginati prima.

In qualità di professoressa presso il Dipartimento di fisica, Ursula Keller ha sviluppato costantemente il concetto di sesamo dal 1993. Inoltre, è riuscita a generare impulsi laser sempre più brevi, fino a quando l'impulso laser conteneva solo una o due oscillazioni luminose. Tuttavia, queste poche oscillazioni luminose non erano sincronizzate tra un impulso e l'altro, il che è diventato importante per un ulteriore utilizzo. La soluzione a questo problema ha portato all'invenzione degli orologi più precisi al mondo: l'"orologio Atto" e l'orologio ottico.

Applicazioni diverse

Quasi tutti i sistemi laser industriali a impulsi brevi sono oggi dotati della tecnologia sesamo sviluppata da Ursula Keller. Vengono utilizzati, ad esempio, per ablare fette sottilissime di materiale dello spessore di pochi nanometri o per eseguire delicate operazioni agli occhi. Uno dei principali vantaggi di questa tecnologia è che il materiale circostante non viene riscaldato dai brevi impulsi ad alta energia del raggio laser. Ciò significa che anche i materiali sensibili alla temperatura possono essere lavorati con questi laser.

I dati dell'Ufficio Europeo dei Brevetti chiariscono che non si tratta solo di applicazioni di nicchia: il mercato globale dei laser ultraveloci ha totalizzato 2,17 miliardi di euro nel 2017. Ciò corrisponde a circa un quinto del mercato totale dei sistemi laser. L'ufficio brevetti prevede che questo segmento di mercato si espanderà fino a 8,3 miliardi di euro entro il 2023.

Ursula Keller e i suoi studenti hanno fondato diverse spin-off basate sulle tecnologie sviluppate dal suo gruppo, che si sono affermate con successo sul mercato. Tuttavia, i laser ultraveloci di Ursula Keller non sono solo di grande interesse per l'industria, ma anche per la ricerca fondamentale.

Il suo orologio Atto alimentato a laser, ad esempio, misura intervalli di tempo con una precisione di pochi miliardesimi di miliardesimo di secondo (10^-18 secondi), cioè con una precisione di attosecondi. L'orologio Atto si basa sulla polarizzazione circolare della luce laser. Poiché il vettore del campo laser ruota di 360 gradi in soli 1000 attosecondi circa, il risultato è un cronometro estremamente preciso, perché la lancetta dell'orologio ruota così rapidamente. Con l'orologio Atto, il fisico è riuscito per la prima volta a misurare direttamente il cosiddetto tempo di tunnelling, un processo fisico quantistico fondamentale che si verifica ovunque in natura, ma che è ancora teoricamente aperto al dibattito.

L'orologio ottico, invece, utilizza la polarizzazione lineare e l'alta frequenza di oscillazione di diverse centinaia di terahertz di laser a impulsi brevi. Ciò consente di migliorare la misurazione del tempo di altri quattro ordini di grandezza rispetto all'orologio atomico. Il fisico spera che questo permetterà anche di verificare in futuro se le nostre costanti fisiche sono davvero costanti.