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 utilizzato in una miriade di applicazioni. La luce non serve solo per vedere quando non c'è il sole, ma anche per calcolare le distanze, curare le malattie, ringiovanire e rimodellare il corpo umano. La luce laser viene utilizzata anche nell'industria, ad esempio per il taglio molto preciso di metalli e pietre preziose. E infine per sanare un'altra categoria di grandi malati della nostra epoca: i beni culturali, messi a dura prova dagli agenti atmosferici, dalle emissioni dei nostri camini, e dei nostri motori, oltre che dalla mano malvagia dei vandali. Il 16 maggio 1960, Theodore Maiman, a Malibu, in California, attivò il primo laser della storia, eccitando un grande cristallo di rubino. Fu il punto di arrivo delle teorie formulate da Einstein già nel 1917, e sviluppate nei decenni successivi intorno alla cosiddetta "amplificazione della luce per emissione stimolata di radiazione" (acronimo di laser), o "amplificazione della luce per emissione stimolata di emissione di radiazioni”.
Il laser differisce dalla luce, naturale o artificiale destinata all'illuminazione, che si diffonde in tutte le direzioni. Concentra il potere della luce in un'area fortemente limitata. I fotoni generati viaggiano nella stessa direzione, quasi creando un sottilissimo filo luminoso monocromatico, molto intenso e controllabile. Un'energia così impressionante, per unità di superficie, da sezionare centimetri di acciaio, scavare marmi e tagliare pietre durissime come i diamanti. Il laser divenne noto nel 1962 quando veniva utilizzato per misurare la distanza tra la terra e la luna: conoscendo la velocità della luce, bastava calcolare il tempo che impiega il raggio per raggiungere il satellite, e tornare riflesso alla terra, per definire la distanza. e prevedere il contributo che il nuovo strumento darebbe anche per applicazioni in campo atmosferico e spaziale.
Inoltre, grazie alle tecnologie prodotte in Italia dalla Quanta System di Samarate (Varese), controllata dalla fiorentina El.En. spa, il laser ha aiutato a monitorare continuamente il buco dell'ozono, causato dal rilascio di gas di cloro-carburo di fluoro nell'atmosfera. Questi laser, con effetto Raman, sparavano da basi militari (compresa quella italo-francese) in Antartide, raggi in direzione dell'atmosfera. Un altro laser, montato a bordo di un aereo spia ex sovietico, ha invece sparato raggi verso la terra, da un'altezza prossima alla stratosfera. Incrociando i dati raccolti è stato possibile ricostruire la stratigrafia dell'ozono. Si era capito che le cose per il pianeta stavano prendendo una brutta piega, e da allora si è corso ai ripari, vietando o limitando, le emissioni di questi gas in tutto il mondo. Anche un laser Quanta System è stato utilizzato al CERN di Ginevra per rimuovere gli elettroni da un substrato metallico. Questi furono poi lanciati nei vari anelli dell'acceleratore di particelle, e fatti collidere con l'antimateria nel centro di massa, dando vita ad un importante ciclo di studi sulla teoria del Big Bang, e sulle particelle subnucleari, la scoperta di uno dei quali è valso il Premio Nobel all'italiano Carlo Rubbia.
In campo medico citiamo una curiosità: in laboratorio un tecnico ha accidentalmente diretto verso il proprio occhio il raggio di un laser a impulsi ultracorti, inventato dal premio Nobel francese Gérard Mourou e dal Nobel canadese Donna Theo Strickland. I ricercatori si sono resi conto che il laser aveva lasciato un segno sulla cornea: da qui si aprivano gli orizzonti di utilizzo in oftalmologia, con la tecnica Lasik, ormai molto in voga e utilizzata dagli anni Novanta. La correzione visiva è ottenuta grazie ad uno speciale laser che rimodella la cornea per modificarne il potere di focalizzazione. Decine e decine di milioni di persone hanno riacquistato le diottrie dopo questo intervento.
Ma in quali campi viene utilizzato oggi il laser? Quali sono i benefici che apporta alla vita quotidiana? Quali scenari si apriranno in futuro per questa tecnologia? Lo scopriamo con Paolo Salvadeo, (foto in copertina di questo report) direttore generale di El.En., gruppo con sede a Calenzano (Firenze) leader mondiale nella produzione di laser per applicazioni chirurgiche, estetiche, industriali, scientifiche e di restauro . conservazione delle opere d'arte.
Il processo di cancellazione di un tatuaggio
Il laser viene utilizzato in dermatologia, chirurgia e fisioterapia per il trattamento degli stati infiammatori e del dolore. “Oggi - spiega Salvadeo - il laser viene utilizzato, ad esempio, in angiologia per il trattamento delle vene varicose e per la necrosi selettiva della grande safena; in oftalmologia per interventi oculari non invasivi, in fisioterapia per la riduzione degli spasmi muscolari, e per generare effetti analgesici. In medicina dello sport viene utilizzato per la riabilitazione, in urologia per la distruzione dei calcoli e per il trattamento dell'iperplasia prostatica benigna. È anche ampiamente usato in ginecologia, odontoiatria, otorinolaringoiatria, gastroenterologia, pneumologia, proctologia e per il trattamento del cancro. “Con i robot, ad esempio il famoso Da Vinci – osserva Salvadeo – le guide luminose che incanalano la radiazione laser vengono dirette sul paziente dai bracci della macchina, per interventi delicati ed estremamente precisi, che si affiancano a quelli del chirurgia tradizionale”.
Il laser ha oggi un uso molto forte in campo medico estetico. Dalla rimozione dei tatuaggi al ringiovanimento della pelle, dalla depilazione al rimodellamento del corpo. Un settore in forte espansione.
Il laser viene utilizzato per il taglio e la saldatura dei metalli, nel settore aerospaziale, nel settore edile e delle costruzioni, nel settore automobilistico e in molti altri campi, tra cui materie plastiche e polimeri. “Dove è praticamente insostituibile è, ad esempio, nella preparazione dei microfori per gli iniettori diesel. Ma anche per microforare gli airbag, permettendone l'esplosione controllata in caso di incidente”, spiega Salvadeo. “L'utilizzo del laser è fondamentale anche nei team di Formula 1, dove ogni elemento delle componenti della vettura, fino all'ultima vite, deve essere tracciato. Grazie al laser è possibile imprimere codici a barre o datamatrix in modo indelebile su pezzi di plastica o metallo, anche di piccole dimensioni”.
Sempre in ambito industriale, Quanta System ha introdotto, nei primi anni 2000, il primo laser verde al mondo, specifico per il taglio dei diamanti, progetto del Dott. Marco Tagliaferri, oggi direttore della Ricerca e Sviluppo di El.En. “Quel laser speciale – spiega Salvadeo – ci ha permesso di ridurre notevolmente le perdite di peso durante il taglio del diamante, passando dall'1,6% a circa lo 0,8%, con evidenti benefici per chi, come le aziende di taglio specializzate, quasi tutte concentrate in India, lavora quantità di carati molto elevate”. Nel settore dell'alta moda vengono applicate marcature indelebili con codici alfanumerici, a fini anticontraffazione. Nel campo della sicurezza, grazie al laser il controllo qualità avviene (con monitoraggio della percentuale di carbonio presente negli estrusi) sulle rotaie di treni, tram, metropolitane. Ma la stabilità degli edifici può essere monitorata anche con il laser.
Una dimostrazione convincente del potenziale dei laser è arrivata all'indomani della prima guerra del Golfo, quando Saddam Hussein ha violato l'embargo petrolifero. Con il laser El.En. montato a bordo di elicotteri francesi Puma, e potenti streak camera, l'aereo ha scrutato il mare alla ricerca di chiazze di greggio perse durante il trasbordo dalle petroliere di Saddam a quelle delle compagnie che hanno violato l'embargo. Grazie all'esame delle caratteristiche aromatiche delle sostanze emergenti, è stato addirittura possibile risalire ai colpevoli.
Una fase del restauro del David del Verrocchio
“È difficile immaginare un'opera di significato artistico, archeologico o architettonico che non sia stata toccata dalla nostra luce”. Così Paolo Salvadeo, direttore generale di El.En., introduce un settore in cui l'azienda è molto impegnata. “Abbiamo contribuito al restauro di opere in 35 siti Unesco nel mondo”, spiega, evidenziando il ruolo di leader mondiale nel campo dei laser applicati ai beni culturali. “Tutto è nato da un'intuizione, all'inizio degli anni '70, del professor JF Asmus, americano, inventore della 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 gli affreschi di Leonardo, riportati alla luce nella Sala delle Asse del Castello Sforzesco di Milano. A Firenze furono eseguiti importanti interventi di pulitura della Porta del Paradiso del Ghiberti, della Porta della Mandorla in Santa Maria del Fiore, della Fontana del Nettuno (detta Biancone). Altre opere importanti, anche se non in modo esaustivo, sono il Ratto delle Sabine del Giambologna, il David di Donatello, il David del Verrocchio al Bargello e il ciborio di 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 finalmente pulito due importanti cappelle di Notre Dame, nei primi mesi del 2021, dal nerofumo causato dal terrificante incendio del 2019. Non solo Cristianesimo: c'è anche il Sacro Manto di Maometto, considerato la terza reliquia di Islam per importanza, conservato al Topkapi di Istanbul”.
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, come la riflettografia infrarossa o ultravioletta, la diffrattometria a raggi X, i microscopi a forza atomica, ecc... per esaminarne composizione e diagnosticare il grado di consolidamento delle strutture o l'intrusione di umidità.L'obiettivo è quello di tornare alle superfici originarie, mantenendo le pregevoli patine, secondo la teoria del restauro conservativo di Cesare Brandi: restauro sì, ma mantenendo una sorta di cronologia di ciò che è accaduto al manufatto nel tempo, rimuovendo allo stesso tempo ciò che rende brutto”.
Quindi di cosa ti sbarazzi? “La crosta nera, il biofilm, le polveri. I laser hanno impulsi temporali della durata di miliardesimi di secondo, con potenze che raggiungono picchi di diverse centinaia di milioni di Watt. Generano onde acustiche che si propagano nei substrati e che, a causa di un fenomeno definito 'spallazione', espellono poi i materiali indesiderati. Per le opere d'arte si osservano le stesse precauzioni che si adottano in medicina intervenendo sull'uomo”. El.En. collabora con numerosi restauratori che si sono formati, ad esempio, presso l'Istituto Centrale del Restauro di Roma, l'Opificio delle Pietre Dure a Firenze, o la scuola di Venaria Reale in Piemonte.
L'azienda vende o affitta le sue tecnologie. Nel caso di opere di particolare importanza, il cui recupero produce un forte ritorno di immagine, talvolta i macchinari possono essere affidati in comodato d'uso. Altre volte diventiamo sponsor tecnico dell'intervento di recupero. “Il restauro di opere note come la Cappella Paolina in Vaticano crea grande popolarità e stima per l'azienda. aggiunge Salvadeo - Come è successo con la cancellazione di graffiti e scritte vandaliche da Ponte Vecchio a Firenze, con servizi che girano sui telegiornali di tutto il mondo. Le nostre attività nel campo dei beni culturali ci fanno conoscere e apprezzare su scala globale. ".
Cosa può dare il laser al futuro dell'umanità? “Può dare molto. Aprirà frontiere inimmaginabili, sia per la medicina che per l'industria. "Potrebbe essere decisivo anche per la sicurezza - spiega Salvadeo - Gruppi di ricerca, guidati dal premio Nobel Gérard Mourou, stanno addirittura pensando di "disinnescare" con il laser la potenza radioattiva del decadimento delle scorie nucleari. In alternativa gli isotopi avrebbero secoli di tempi di decadimento ". “Un altro ambito in cui il laser può svolgere un ruolo molto importante è nella diagnosi di vibrazioni e oscillazioni di alberi ad alto fusto, a rischio di collasso. "Stiamo lavorando a un progetto di olografia digitale a infrarossi che consentirà di leggere le vibrazioni degli alberi a una distanza di decine di metri, con precisione micrometrica, per segnalare il rischio di un potenziale crollo". Finalmente, grazie al laser, forse un giorno i vigili del fuoco potranno vedere chiaramente se ci sono esseri umani oltre le fiamme, e se si muovono 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 suo progresso scientifico e tecnologico, per un mondo migliore".
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