Nobel ai fisici che hanno acceso una nuova luce

Alfred Nobel aveva destinato gran parte delle ricchezze per l'istituzione di un premio da assegnare a coloro che, con scoperte o azioni, avessero portato il più alto beneficio all'umanità. In questo spirito la commissione Nobel ha deciso di assegnare il premio per la Fisica 2014 agli inventori di una tecnologia che sta rivoluzionando la vita nel pianeta. Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura, con i diodi che emettono luce blu, hanno permesso di creare una "nuova" luce bianca.

Grazie alla luce vediamo il mondo e la nuova tecnica sta soppiantando le lampade tradizionali. È l'ultima sorpresa "luminosa" di una storia che parte da lontano.
Iniziamo con il Sole: è come una grande lampadina, alla temperatura di 5.000 gradi, che emette luce su un intervallo di colori grande, che coprono non solo il visibile, ma anche l'infrarosso e l'ultravioletto. La lampadina elettrica, inventata nel XIX secolo, imita il funzionamento del Sole: il filamento all'interno è scaldato dal passaggio della corrente e la lampadina emette luce. Si trattò di una novità rivoluzionaria, che da subito richiese studi di certificazione metrologica per capire se fosse più o meno efficace dei lampioni a gas. Dall'istituto di metrologia tedesco fu costruito un "corpo nero" di riferimento e la comprensione del corpo nero avrebbe poi portato alla nascita della meccanica quantistica. In cosa differisce la luce di un LED da quella di una lampadina? Una lampadina (come il Sole) è una sorgente di luce poco efficiente: gran parte dell'energia è convertita in calore (sotto forma di radiazione infrarossa) e soltanto una piccola parte in luce "utile" visibile. In un LED, sfruttando alcuni meccanismi della meccanica quantistica, si riesce a fare in modo che sia emessa soltanto la luce che i nostri occhi riescono a vedere.

In questo senso un LED permette di illuminare molto più efficientemente del Sole, con uno spreco di energia minimo. Infatti per avere il bianco bastano singoli colori che poi l'occhio è in grado di "risommare" insieme: il rosso, il verde e il blu. ll merito dei fisici giapponesi è stato quello di avere inventato il LED mancante della "tavolozza", quello blu, che ha permesso lo sviluppo delle lampade bianche a LED che sempre più frequentemente illuminano le nostre case e che permettono agli schermi di tv e computer di funzionare. Un LED ha bisogno di una corrente elettrica piccola - può essere fornita da una cella solare - che significa un risparmio di energia notevole rispetto a una lampadina tradizionale, e ha una durata di vita più lunga, quindi un impatto ambientale più sostenibile. Inoltre, come sottolineato dal comitato Nobel, avere a disposizione sorgenti di luce economiche e dal ridotto consumo significa la possibilità concreta di portare la luce in paesi in via di sviluppo e zone remote del pianeta.

"Misurare" la luce continua a essere un'attività fondamentale per valutare l'efficienza energetica dei dispositivi e le loro caratteristiche. A oggi, il campione di intensità di luce è ancora la candela, che si basa su un concetto "antico", come il potere illuminante di una candela di cera, dal quale prende il nome. Una grossa collaborazione internazionale, alla quale partecipano i principali istituti nazionali di metrologia (la responsabile italiana è la Dott.ssa Rastello della divisione Ottica dell'INRIM di Torino), sta lavorando per dare una nuova definizione alla candela basata sulla meccanica quantistica. L'idea è quella di contare i singoli fotoni, le singole particelle di luce (lo schermo di uno smartphone ne emette miliardi di miliardi in un secondo), per dare una misura "esatta" della luce. Per questo scopo nella nanofacility dell'INRIM si sviluppano rivelatori che hanno conquistato il record mondiale di efficienza. Ma se da un lato i LED possono servire a portare la luce in uno sperduto villaggio africano, dall'altro permettono di creare colori nuovi, ad esempio nuove varietà di bianco. Controllando la corrente che scorre nei LED si può fare in modo di cambiare la percentuale di blu rispetto a quella rossa o verde e "sintetizzare" la gradazione di bianco richiesta. Si può creare luce bianca più calda o più fredda a seconda della percezione del colore che si vuole trasmettere. Un po' come avere a disposizione tanti "Soli" diversi…