E se fosse possibile costruire il mantello dell’invisibilità di Harry Potter?

Se cercate la parola ”invisibilità” su Google, vi renderete subito conto di come l’idea di molti (soprattutto dei più giovani) riguardo l’argomento sia legata alla possibilità di realizzare il famoso “mantello” in grado di rendere qualsiasi cosa invisibile. Troverete inoltre tra i primi risultati un video realizzato in Cina nel quale un uomo scompare dopo avere indossato proprio un mantello, poi del tutto smentito in quanto falso (realizzato al computer).

Quanto c’è di scientifico nel concetto di invisibilità? Esiste concretamente al giorno d’oggi tale possibilità?

Numerosi ricercatori stanno e hanno tentato di realizzare tali dispositivi, principalmente con l’impiego dei cosiddetti metamateriali, ovvero materiali creati in laboratorio con proprietà del tutto sorprendenti.  Ma quali sono le problematiche principali riscontrate negli anni riguardo tale possibile tecnologia? Innanzitutto la difficoltà di rendere un oggetto invisibile a tutte le lunghezze d’onda (ovvero a tutti i “colori”) della luce naturale (a ogni colore corrisponde una diversa lunghezza d’onda, figura sotto).

Inoltre, restano irrisolte le questioni legate all’ombra e alla direzione della sorgente. In poche parole, anche se oggi è possibile rendere ad esempio una penna invisibile alla luce blu proveniente da una sola direzione, queste condizione non si verificano praticamente mai nella vita quotidiana. Infatti, la luce “bianca” solare contiene tutti i “colori” ovvero tutte le lunghezze d’onda dello spettro e viene da ogni direzione.

Capite bene che simili tecnologie non servirebbero praticamente a nulla!

Un esperimento molto vicino alla soluzione del problema è stato fatto nel 2018 presso l’Institut National de la Recherche Scientifique—Énergie, Matériaux et Télécommunications (INRS-EMT) di Montreal, in Canada. La ricerca è stata poi pubblicata su Optica, tra le più importanti riviste di ottica e fotonica.

Immagine riassuntiva: in basso, si osserva come un dispositivo tra oggetto (in verde) e fascio luminoso “annulli” la luce in ingresso. Un secondo dispositivo, posto dietro l’oggetto, la ricompone successivamente, dando l’idea di continuità dell’immagine e mascherando l’oggetto. Tuttavia, gli stessi ricercatori ammettono che sono ben lontani dalla creazione del famoso mantello.

Quali potrebbero essere, quindi, le nuove prospettive offerte dalla scienza?

Le risposte sulla questione invisibilità potrebbero arrivare da un campo nato da pochissimi anni: i quasicristalli. La scoperta di questi nuovi materiali è valsa a Dan Shechtman il premio Nobel per la chimica nel 2011. Curiosamente, nonostante la loro esistenza fosse stata teorizzata già nel 1982, Shechtman guadagnò oltre il Nobel anche aspre critiche e derisioni dalla comunità scientifica, che non credeva all’esistenza di tali materiali.

Ma quali sono le caratteristiche dei quasicristalli  che potrebbero risolvere il nostro “problema” invisibilità? Perché gli scienziati del settore erano così scettici a riguardo?

Modello atomico di un quasicristallo di argento e alluminio.

Per capirlo meglio dobbiamo prima definire i comuni cristalli: essi hanno una struttura ordinata e periodica, ovvero formata dalla stessa “unità fondamentale” ripetuta più volte ordinatamente. Esempio: un cubo con ai vertici determinati atomi si ripeterà per tutta la struttura con gli stessi atomi. In altre parole in qualsiasi punto guardi il cristallo avrà la stessa composizione, come nella figura sotto. Totalmente diversi sono invece i cosiddetti materiali amorfi (letteralmente “senza forma”) che non hanno una struttura ordinata.

Il termine “quasicristallo” nasce dall’esigenza di definire un materiale che è ordinato come i cristalli, ma non periodico: esiste la possibilità di trovare nella sua struttura dei punti che differiscono, senza che venga persa la simmetricità (altra caratteristica fondamentale dei cristalli). Anzi, ed è questo il punto cruciale, hanno una simmetria particolarissima detta pentagonale, ritenuta prima della loro scoperta impossibile.

È tale simmetria a conferire ai quasicristalli “proprietà fisiche sorprendenti”, a detta del geologo e ricercatore italiano dell’università di Firenze Luca Bindi, tra i massimi esperti nel settore. Lo stesso Bindi ha scoperto nel 2009 i quasicristalli di origine naturale studiando alcuni meteoriti (scoperta pubblicata da Science e inserita tra le migliori 100 del 2009 dal Washington Post) . Infatti, gli unici quasicristalli naturali che conosciamo provengono dallo spazio e si sono formati in seguito a collisioni ad altissima energia. Molto comuni sono invece i quasicristalli artificiali creati in laboratorio, che contengono perlopiù alluminio.

Sapete quali applicazioni hanno attualmente?

Rivestimento di alcune comuni padelle, lame di strumenti chirurgici e… rendere invisibili alcuni jet militari ai radar. Di fatto un radar è una sorgente di onde elettromagnetiche (onde radio/microonde) esattamente come il sole è fonte di luce (anche essa un’onda elettromagnetica). La differenza? Quella che definiamo luce è composta da onde con lunghezze d’onda e frequenze visibili dal nostro occhio e diverse dalle onde radio/microonde emesse dai radar.

Potrebbe dunque essere questo il materiale tanto ricercato per ottenere l’invisibilità?

Non c’è ancora una risposta certa: ad oggi ci sono soltanto 50-60 persone in tutto il mondo che si occupano di quasicristalli. Cosa ci permette di essere fiduciosi? Lo stesso Bindi ammette: “se c’è qualcosa che caratterizza la ricerca scientifica in questo settore sono le continue sorprese”. E come dargli torto? Un materiale che a detta di molti non sarebbe mai potuto esistere, può essere non solo creato in laboratorio, ma anche trovato in natura in meteoriti provenienti dallo spazio. Ha anche poi aggiunto il ricercatore italiano, in un’intervista rilasciata recentemente a Wired Italia, che a breve verrà annunciata la scoperta di un altro nuovo materiale: i quasi-quasicristalli.

Morale della favola: riguardo l’invisibilità non ci resta altro che farci sorprendere, ancora una volta, dai progressi della ricerca scientifica.

Emanuele Chiara