Laser, da Einstein alla scoperta del buco dell'ozono, fino alla cura di persone e monumenti. E un futuro da sentinella di alberi e nucleare

 

Il 16 maggio si celebra la giornata mondiale della luce, la luce artificiale, inventata per vincere le tenebre. Una luce speciale, che non esiste in natura, ed è creata dall’uomo, è quella del laser. Oggi è utilizzata in una miriade di applicazioni. La luce non serve solo per vedere, quando il sole non c’è, ma anche per calcolare distanze, guarire malattie, ringiovanire e rimodellare il corpo umano. La luce del laser trova impiego anche nell’industria, ad esempio per il taglio precisissimo di metalli e pietre preziose. E infine per guarire un’altra categoria di grandi ammalati della nostra era: i beni culturali, messi a dura prova dagli agenti atmosferici, dalle emissioni dei nostri camini, e dei nostri motori, oltreché dalla scellerata mano dei vandali. Il 16 maggio 1960 Theodore Maiman, a Malibù, in California, azionò il primo laser della storia, eccitando un grosso cristallo di rubino. Fu il punto di arrivo delle teorie formulate da Einstein già nel 1917, e sviluppatisi nei decenni successivi attorno alla cosiddetta “light amplification by stimulated emission of radiation” (acronimo di laser), ovvero l’ “amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazione”.

 

Il filo luminoso dalla terra alla luna

Il laser si differenzia dalla luce, naturale, o artificiale destinata all’illuminazione, che si diffonde in tutte le direzioni. Esso concentra la potenza della luce in un ambito fortemente circoscritto. I fotoni generati viaggiano in una medesima direzione, quasi a creare un sottilissimo filo luminoso  monocromatico, molto intenso, e controllabile. Un’energia così impressionante, per unità di area, da sezionare centimetri di acciaio, scavare marmi, e tagliare durissime pietre come i diamanti. Il laser divenne noto nel 1962 quando fu utilizzato per misurare la distanza fra la terra e la luna: conoscendo la velocità della luce, bastò calcolare il tempo che il raggio impiega per raggiungere il satellite, e ritornare riflesso sulla terra, per definire la distanza, e prevedere il contributo che il nuovo strumento avrebbe dato anche per applicazioni in campo atmosferico e spaziale.  

Il buco dell'ozono

Più avanti, grazie a tecnologie prodotte in Italia da Quanta System di Samarate (Varese), controllata dalla fiorentina El.En. spa, il laser contribuì a monitorare con continuità il buco dell’ozono, provocato dal rilascio di gas cloro-fluoro carburi in atmosfera. Questi laser, a effetto Raman, sparavano dalle basi militari (tra cui quella italo-francese) in Antartide, raggi in direzione dell’atmosfera. Un altro laser, montato a bordo di un ex aereo spia sovietico, sparava invece raggi verso la terra, da un’altezza vicina alla stratosfera. Incrociando i dati rilevati, fu possibile ricostruire la stratigrafia dell’ozono. Si capì che le cose per il pianeta stavano prendendo una brutta piega, e da allora si corse ai ripari, vietando, o limitando, le emissioni dei suddetti gas in tutto il mondo. Sempre un laser di Quanta System fu utilizzato al Cern di Ginevra per strappare gli elettroni da un substrato metallico. Questi venivano poi lanciati nei vari anelli dell’acceleratore di particelle, e fatti collidere con antimateria nel centro di massa, dando vita ad un importante ciclo di studi sulla teoria del Big Bang, e sulle particelle sub nuclerari, la scoperta di una delle quali valse il premio Nobel all’italiano Carlo Rubbia.

Un "benedetto" infortunio

In campo medico citiamo una curiosità: in laboratorio un tecnico rivolse fortuitamente il raggio di un laser ad impulsi ultracorti, inventato dal Nobel francese Gérard Mourou e dalla Nobel canadese Donna Theo Strickland, verso il proprio occhio. I ricercatori si accorsero che il laser aveva lasciato un segno sulla cornea: da qui si aprirono gli orizzonti dell’impiego in oftalmologia, con la tecnica Lasik, oggi molto popolare ed impiegata sin dagli anni Novanta. La correzione visiva è ottenuta grazie ad uno speciale laser che rimodella la cornea al fine di modificarne il potere di messa a fuoco. Decine e decine di milioni di persone hanno riacquistato diottrie, dopo questo intervento.  

Fra presente e futuro

Ma in quali campi oggi è impiegato il laser? Quali sono i benefici che reca alla vita quotidiana? Quali scenari si apriranno nel futuro per questa tecnologia? Lo scopriamo con Paolo Salvadeo, (foto sulLa copertina di questo servizio)  direttore generale di El.En., gruppo con sede a Calenzano (Firenze) leader mondiale nella produzione di laser per applicazioni chirurgiche, estetiche, industriali, scientifiche, e per il restauro conservativo di opere d’arte.

Curare le persone

Il laser è utilizzato in dermatologia, chirurgia, e in fisioterapia per il trattamento di stati flogistici e del dolore. “Oggi - spiega Salvadeo – il laser è impiegato, ad esempio, in angiologia per il trattamento di vene varicose e per la necrosi selettiva della grande vena safena; in oftalmologia per interventi non invasivi all’occhio, in fisioterapia per riduzione degli spasmi muscolari, e per generare effetti antalgici. In medicina sportiva si usa per la riabilitazione, in urologia per la distruzione dei calcoli, e per il trattamento della iperplasia prostatica benigna. È anche usato in modo diffuso in ginecologia, odontoiatria, otorinolaringoiatria, gastroenterologia, pneumologia, proctologia, e per la cura dei tumori. “Con i robot, ad esempio il famoso Da Vinci - osserva Salvadeo – le guide di luce che incanalano la radiazione del laser vengono dirette sul paziente dai bracci della macchina, per delicati interventi di estrema precisione, che si affiancano a quelli della chirurgia tradizionale”.

Ciao tatuaggi

Il laser ha oggi un fortissimo impiego in campo medico estetico. Dalla rimozione dei tatuaggi al ringiovanimento cutaneo, dalla depilazione al rimodellamento corporeo. Un settore in grande espansione.  

Airbag e Formula 1

Il laser è impiegato, per taglio e saldatura di metalli, nel settore aerospaziale, nel segmento building and construction, nell’automotive, ed in enne altri campi, incluso quello delle plastiche e dei materiali polimerici . “Dove è praticamente insostituibile è, ad esempio, nella preparazione dei microfori per gli iniettori diesel. Ma anche per micro forare gli airbags, permettendone l’esplosione controllata in caso di incidente”, spiega Salvadeo. “Fondamentale l’uso del laser anche nelle scuderie di Formula 1, dove ogni elemento della componentistica delle vetture, fino all’ultima vite, deve essere tracciato. Grazie al laser è possibile imprimere codici a barre o data matrix in modo indelebile su pezzi in plastica o metallo, anche di minuscole dimensioni”.  

Dai diamanti alle rotaie

Sempre in campo industriale Quanta System ha introdotto, nei primi anni 2000, il primo laser verde al mondo, specifico per il taglio dei diamanti, progetto dal dottor Marco Tagliaferri, ora direttore della Ricerca e Sviluppo di El.En. “Quel laser speciale - spiega Salvadeo – ha consentito di ridurre fortemente le perdite in peso durante il taglio dei diamanti, passando dall’1,6% allo 0,8% circa, con benefici evidenti per chi, come le aziende specializzate nel taglio, quasi tutte concentrate in India, processa elevatissime quantità di carati”. Nel settore dell’alta moda vengono applicate marcature indelebili con codici alfanumerici, con finalità di anticontraffazione. Nel campo della sicurezza, grazie al laser avviene il controllo qualità (con monitoraggio della percentuale di carbonio presente negli estrusi) sulle rotaie di treni, tramvie, metro. Ma con il laser si può anche monitorare la stabilità degli edifici.  

Smascherato Saddam Hussein

Una avvincente dimostrazione delle potenzialità dei laser si ebbe all’indomani della prima guerra del golfo, quando Saddam Hussein violò l’embargo sul petrolio. Con laser El.En. montati a bordo di elicotteri francesi Puma, e potenti rivelatori (streak cameras) i veivoli ispezionavano il mare alla ricerca di chiazze di greggio disperso durante il trasbordo dalle petroliere di Saddam a quelle delle compagnie che violavano l’embargo. Grazie all’esame delle caratteristiche aromatiche delle sostanze affioranti si fu in grado addirittura di risalire ai colpevoli.

Curare i monumenti

“Si fa fatica a immaginare un’opera di rilevanza artistica, archeologica, o architettonica, che non sia stata toccata dalla nostra luce”. Così Paolo Salvadeo, direttore generale di El.En., introduce un settore nel quale l’azienda è molto impegnata. “Abbiamo contribuito al restauro di opere in 35 siti Unesco in tutto il mondo”, spiega, evidenziando il ruolo di leader mondiale nel campo dei laser applicati ai beni culturali. “Tutto iniziò da una intuizione, all’inizio degli anni ’70, del professor J.F. Asmus, americano, inventore dell’intervento di pulitura della crosta nera sui monumenti, con il laser. Con lui ricordiamo la prima impresa che riportò all’antico splendore la Porta della Carta di Palazzo Ducale a Venezia. Mentre in tempi più recenti i nostri laser hanno restaurato affreschi leonardeschi, riportati alla luce nella Sala delle Asse nel Castello Sforzesco a Milano. A Firenze sono stati fatti importantissimi interventi di pulitura della Porta del Paradiso del Ghiberti, della Porta della Mandorla in Santa Maria del Fiore, della Fontana del Nettuno (nota come Biancone). Altre opere importanti, anche se in via non esaustiva, sono il Ratto delle Sabine del Giambologna, il David di Donatello, il David del Verrocchio al Bargello, e il ciborio in San Miniato, senza dimenticare le statue di Michelangelo nelle Cappelle Medicee. A Roma le catacombe di Priscilla e Domitilla, l’Arco di Costantino, il Palazzo Apostolico in Vaticano, la Scala Santa. Poi Pompei, Ercolano. La Torre di Pisa, la porta del Santo Sepolcro a Gerusalemme.  Due nostri laser hanno infine ripulito due importanti cappelle di Notre Dame, nei primi mesi del 2021, dal nerofumo causato dallo spaventoso incendio del 2019. Non solo cristianità: c’è anche il Sacro Mantello di Maometto, considerata la terza reliquia dell’Islam per importanza, conservata al Topkapi di Istanbul”.  

Salvaguardare i segni del tempo

Ma come avviene il restauro? “Prima di operare con il laser su opere di tale importanza, scienziati e restauratori le studiano in modo estremamente dettagliato, applicando numerose tecnologie, ad esempio la reflettografia infrarossa, o ultravioletta, la diffrattometria ai raggi X, microscopi a forza atomica, etc… per esaminarne la composizione e diagnosticare il grado di consolidamento delle strutture o l’intrusione di umidità. Il ‘goal’ è di tornare alle superfici originarie, mantenendo le patine di valore, secondo la teoria del restauro conservativo di Cesare Brandi: restauro, sì, ma mantenendo una sorta di cronologia di ciò che è successo al manufatto nel tempo, togliendo, al contempo, ciò che abbruttisce”. Quindi, cosa si elimina? “La crosta nera, il biofilm, le polveri. I laser hanno impulsi temporali della durata di miliardesimi di secondo, con potenze che raggiungono picchi di parecchie centinaia di milioni di Watt. Generano onde acustiche che si propagano nei substrati, e che, per un fenomeno definito di ‘spallazione’ poi espellono i materiali indesiderati. Per le opere d’arte si osservano le medesime cautele che si adottano in medicina intervenendo sull’uomo”. El.En. collabora con numerosi restauratori che si formano, ad esempio, presso l’Istituto Centrale del Restauro a Roma, l’Opificio delle Pietre Dure a Firenze, o la scuola di Venaria Reale in Piemonte.  

La ripulitura di Ponte Vecchio sulle tv di tutto il mondo

L’azienda vende o noleggia le proprie tecnologie. In caso di opere di particolare rilevanza, il cui recupero produce un forte ritorno d’immagine, a volte i macchinari possono essere affidati in comodato gratuito. Altre volte diventiamo sponsor tecnico dell’intervento di recupero. “Il restauro di opere di vasta notorietà come la Cappella Paolina in Vaticano, crea grande popolarità e stima verso l’azienda . aggiunge Salvadeo - Così come è avvenuto con la cancellazione di graffiti e scritte vandaliche da Ponte Vecchio a Firenze, con servizi che sono girati sui telegiornali di tutto il mondo. Le nostre attività nel campo dei beni culturali ci fanno conoscere ed apprezzare su scala globale. “.  

Gli orizzonti: nucleare, alberi pericolanti, incendi

Cosa può dare il laser al futuro dell’umanità? “Può dare moltissimo. Aprirà frontiere inimmaginabili, sia per la medicina, che per l’industria.” Potrà essere decisivo anche per la sicurezza - spiega Salvadeo – Gruppi di ricerca, capitanati dal premio Nobel Gérard Mourou, stanno addirittura pensando di “disinnescare” con il laser il potere radioativo di decadimento di scorie nucleari. In alternativa gli isotopi avrebbero tempi di decadimento secolari”. “Un altro settore dove il laser potrà avere un ruolo importantissimo è nella diagnosi delle vibrazioni e delle oscillazioni degli alberi ad alto fusto, a rischio crollo. “Stiamo lavorando a un progetto di olografia digitale ad infrarossi che consentirà di leggere a distanza di decine di metri, le vibrazioni degli alberi, con precisione micrometrica, per segnalare il rischio di potenziale crollo”. Infine, grazie al laser, forse i vigili del fuoco, un giorno, riusciranno a vedere in modo chiaro se vi siano esseri umani oltre le fiamme, e se si muovano, o meno. “Il sogno di tutti noi che lavoriamo nel mondo del laser è che con la tecnologia della luce l’uomo possa continuare nel proprio progresso scientifico e tecnologico, per un mondo migliore”.