I Premi Nobel 2014 per la Fisica e per la Chimica

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G. Grosso   17-10-2014    Leggi in PDF
Credits: © ® The Nobel Foundation, disegni di N. Elmehed. © Nobel Media 2014

I Premi Nobel 2014 per la Fisica e per la Chimica, sono stati assegnati rispettivamente: "per l'invenzione di efficienti diodi emettitori di luce blu, che hanno consentito la realizzazione di sorgenti di luce bianca luminose e a basso consumo", e "per lo sviluppo della microscopia di luminescenza ad altissima risoluzione".

In entrambi i casi sono state premiate invenzioni di carattere fortemente applicativo, di grande impatto per lo sviluppo e il benessere dell'umanità, e per le quali un ruolo dominante è stato giocato, anche se in modo diverso, dalla luce.

Il Premio Nobel 2014 per la Fisica è stato attribuito congiuntamente a Isamu Akasaki e Hiroshi Amano, dell'Università di Nagoya (Giappone), e a Shuji Nakamura dell'Università della California a Santa Barbara (USA), mentre il Premio Nobel 2014 per la Chimica è stato attribuito congiuntamente a Eric Bertzig, dell'Istituto Medico Howard Hughes (USA), a Stefan W. Hell, dell'Istituto Max Planck di Göttingen e Centro di ricerca tedesco sul cancro di Heidelberg (Germania), e a William E. Moerner dell'Università di Stanford (USA).

I diodi emettitori di luce rossa e di luce verde erano stati realizzati già tra gli anni ’50 e gli anni ’60 del secolo scorso ma solo dopo più di 30 anni, con lo sviluppo di eterostrutture e la possibilità di crescere campioni di nitruro di gallio di alta qualità con drogaggi controllati, è stato possibile ottenere dispositivi in grado di operare a temperatura ambiente che potessero emettere luce blu.

Questa invenzione ha quindi consentito di ottenere luce bianca dalla combinazione della luce blu con la luce rossa e quella verde, e di aprire una nuova epoca nella storia delle sorgenti di luce di alta efficienza, caratterizzate da lunghi tempi di vita e rispettose dell'ambiente. Nei circa venti anni dalla scoperta dei diodi emettitori di luce blu, moltissime sono state le loro applicazioni non solo nel campo dell'illuminazione ma anche nei dispositivi elettronici che abitualmente utilizziamo, dai monitor di computer ai televisori, agli smartphone, fino all'impiego di luce blu per la sterilizzazione dell'acqua.

Anche il Premio Nobel per la Chimica di quest'anno evidenzia l'importanza delle metodologie e delle tecniche della microscopia ad altissima risoluzione proprie della fisica della materia, per lo studio non invasivo di organismi viventi a livello di molecole singole.

Il problema di superare la limitazione nella risoluzione dei microscopi ottici evidenziata da Abbe già nel 1873 era ben noto agli scienziati quando si avvicinarono al mondo della microbiologia. Era evidente inoltre l'impossibilità di distinguere oggetti viventi di dimensioni inferiori a qualche decina di micron, come virus o proteine, senza danneggiare il campione. Il superamento di tale limite è stato raggiunto, con tecniche basate su principi indipendenti, dai vincitori del Premio Nobel utilizzando molecole fluorescenti per evidenziare parti del sistema molecolare. Nel 2000 Hell propose il metodo della "stimulated emission depletion" (STED) nel quale viene prima eccitata con luce impulsata una regione occupata da molecole fluorescenti e poi un secondo fascio cancella la luminescenza delle molecole tranne quella originata dalle molecole contenute in una regione centrale di dimensioni nanometriche. Una appropriata scansione sul campione, con registrazione della luce emessa dalle molecole luminescenti, consente poi di ottenerne un'immagine con risoluzione nanometrica.

La procedura alternativa, definita "single molecule spectroscopy", sviluppata indipendentemente da Metzig e Moerner a partire dai primi anni ’90, è basata sulla possibilità di controllare l'attività di fluorescenza di singole molecole. Dalle ripetute scansioni del campione e successiva sovrapposizione delle registrazioni della luce di fluorescenza emessa è stato poi possibile ricostruirne l'immagine con risoluzione che può largamente superare il limite di Abbe.

L'assegnazione dei Premi Nobel del 2014 testimonia quanto i confini della fisica della materia, della chimica e della biologia molecolare moderne siano sempre più intrecciati nella ricerca di base e nello sviluppo dell'innovazione tecnologica.

Una piccola nota aggiuntiva: anche il Premio Fermi 2014 della SIF è andato a un'invenzione tecnologica, nel campo della microelettronica. A riprova di quanto sia vero quanto appena detto.

Per saperne di più sul premio Nobel 2014 per la Fisica:
Articolo divulgativo
Articolo con approfondimenti

Per saperne di più sul premio Nobel 2014 per la Chimica:
Articolo divulgativo
Articolo con approfondimenti



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