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Elettra-Sincrotrone Trieste
2 Marzo 2022

Grazie al “rumore” si sente meglio: una nuova tecnica da UniTS ed Elettra Sincrotrone

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Un team di scienziati italiani, staunitensi e australiani, utilizzando la spettroscopia laser ultrarapida in modo rivoluzionario, consegna un nuovo potente strumento alla Fisica, alla Chimica e alla Fotonica. La tecnica, nella sua versione classica, è utilizzata per localizzare specifici composti chimici in materiali di varia natura, disegnando vere e proprie mappe vibrazionali che ne svelano le caratteristiche più nascoste. Pubblicato su Nature – Light Science & Application, lo studio guidato da Daniele Fausti dell’Università di Trieste ed Elettra Sincrotrone S.c.p.a., consente di convertire in informazioni utili il principale difetto di questa tecnica: il rumore.

“Con rumore si intendono le fluttuazioni casuali generate dagli impulsi laser mentre attraversano i materiali da analizzare – spiega il prof. Fausti – le tecniche utilizzate da decenni si sono sempre sforzate di ridurle, noi siamo riusciti a farle diventare fonti di informazioni ulteriori. Con strumenti molto grandi, costosi e complessi era necessario ripetere le misurazioni migliaia di volte al secondo in modo da poter misurare anche i più piccoli cambiamenti nel campione in esame”.

Un modo di operare che non considerava attentamente un aspetto cruciale: ogni realizzazione dell’esperimento è unica e quindi misurare la media su molti esperimenti ripetuti non racconta la “storia completa”.
“Questo è stato l’Eureka del mio progetto di dottorato – continua Giorgia Sparapassi dell’Università di Trieste e autore principale dello studio – realizzare che le sottili differenze tra le diverse realizzazioni degli stessi esperimenti portano un intero carico di informazioni che si perdono se si misura la risposta in media è stato il punto di partenza di questa linea di ricerca”.

Al progetto di ricerca, oltre a diversi membri del team di Fausti, hanno partecipato il Dr. Jonathan Tollerud, ex collaboratore dell’università di Trieste ora ricercatore della Swinburne University – Melbourne e, per gli aspetti teorici, il Prof. Shaul Mukamel e il Dr. Stefano Cavaletto dell’Università della California – Irvine.

Questa collaborazione ha quindi portato allo sviluppo di una nuova tecnica di spettroscopia ultraveloce che, invece di rendere gli impulsi più stabili, utilizza impulsi rumorosi e un approccio basato sulla correlazione tra le intensità della luce a diversi colori per il rilevamento del segnale. In questo nuovo quadro, il campione da analizzare viene sondato con impulsi laser deliberatamente resi “poco educati”, che mostrano quindi fluttuazioni nel tempo e nella frequenza. Le informazioni dal campione sono poi codificate, recuperate e decifrate.

Utilizzare la tecnica con questo nuovo approccio potrebbe avere importanti ricadute in campo medico per l’osservazione, ad esempio, dei processi biologici legati alle malattie degenerative, in quello energetico, per lo studio di nuovi materiali al servizio delle rinnovabili e in generale in quello dei dispositivi elettronici di ultima generazione.

Questo importante risultato è un’ulteriore dimostrazione di come l’eccellenza del sistema scientifico territoriale triestino, che registra una concentrazione di enti di ricerca senza pari in Italia, possa giocare un ruolo determinante sia nella riuscita di progetti di ricerca ambiziosi che nella formazione di scienziati leader in istituzioni nazionali e internazionali.