Al Liceo Artistico “M. Buonarroti” di Latina si celebrerà l’Anno Internazionale della Luce

Venerdì 16 maggio, dalle 9:30, presso il Liceo Artistico “M. Buonarroti” di Latina si celebrerà “l’Anno Internazionale e delle tecnologie basate sulla Luce” dal titolo: “Luce, Innovazione, Società” condotto dall’instancabile e dotto prof. Enzo Bonacci, docente di Matematica e Fisica e coordinatore STEM.

La Luce, che deriva dall’accusativo ‘lucem della parola latina lux’, è ciò che illumina. Il primo riferimento storico della luce si trova nel primo racconto della creazione (genesi 1, 1-5) dell’Antico Testamento: “In principio Dio creò il cielo e la terra. Ora la terra era informe e deserta e le tenebre ricoprivano l’abisso e lo spirito di Dio aleggiava sulle acque. Dio disse: “Sia la luce!”. E la luce fu. Dio vide che la luce era cosa buona e separò la luce dalle tenebre e chiamò la luce giorno e le tenebre notte. E fu sera e fu mattina: primo giorno.

La Luce è un insieme di onde elettromagnetiche e si riferisce a quella porzione dello spettro elettromagnetico rilevabile dall’occhio umano (si usa la parola ‘spettro’ perché tranne le onde del visibile, tutte le altre onde elettromagnetiche – i raggi gamma γ, i raggi X, i raggi UV (ultravioletti), i raggi IR (infrarossi), le microonde e le onde radio, sono invisibili come fossero dei fantasmi, e le cui lunghezze d’onda, indicate con la lettera λ, sono comprese tra circa 400 nm (violetto) e 800 nm (rosso) (1nm, pari a 10^-9 m, è il simbolo del nanometro che è pari ad un milionesimo di millimetro o, se si vuole, più semplicemente un miliardesimo di m). La luce, come tutte le onde elettromagnetiche, ha una velocità costante di circa c = 300.000 km/s (per la velocità della luce si usa il simbolo ‘c’ che è l’iniziale della parola latina ‘celeritas’, che significa appunto velocità). Questa costante ‘c’ lega la lunghezza d’onda λ alla frequenza ν di ogni onda elettromagnetica tramite la relazione λ·ν = c, da cui deriva che, nello spettro visibile, la relativa frequenza oscilla tra circa 750 e 430 THz (1THz, teraHertz pari a 10¹² Htz, corrisponde a un bilione di Hertz o meglio a un milione di milioni di Hertz).

Sebbene nell’elettromagnetismo la luce sia descritta come un’onda, la meccanica quantistica ci fa capire che essa, composta da unità fondamentali chiamate quanti, o fotoni, ha anche proprietà massali, cioè ha natura particellare, perché spiega fenomeni come l’effetto fotoelettrico. Ogni fotone ha un’energia ΔE= E₂ – E₁ = h·ν (h è la costante di Planck il cui valore è circa 6,62 ·10-34 J·s).

Dalla relazione che lega la frequenza ν alla lunghezza d’onda λ è “λ·ν = c” si evince che λ e ν sono due grandezze inversamente proporzionali. Ciò significa che man mano che la frequenza aumenta, l’energia della radiazione ΔE aumenta mentre diminuisce la lunghezza d’onda. Orbene le sostanze chimiche sottoposte all’azione di radiazioni elettromagnetiche le assorbono in relazione alla struttura molecolare e l’energia assorbita è caratteristica delle molecole che le costituiscono. Quindi, poiché ad una data energia corrisponde una certa frequenza, ne deriva che le frequenze assorbite sono caratteristiche delle stesse molecole. La frequenza può cadere nel campo elettromagnetico del visibile e dell’ultravioletto (UV) o in quello infrarosso (IR).

A questo punto ci si chiede da dove derivi ogni fotone o quanto di luce?

Tutto nasce, secondo gli ultimi sviluppi scientifici, dal bosone di Higgs, teorizzato nel 1964 nel “Modello standard” dal fisico britannico Peter Higgs (1929 – 2024; Premio Nobel per la Fisica 2013 assieme al fisico belga François Englert) e rivelato nel 2012 (Esperimenti ATLAS e CMS condotti con l’acceleratore di particelle LHC).Tale bosone, come spiega la grande fisica italiana Fabiola Giannotti, “dà massa a tutte le altre particelle e, se così non fosse, il nostro universo non esisterebbe e ovviamente non esisteremmo neppure noi”. Cioè non esisterebbero, tra l’altro, né gli elettroni e neppure gli atomi.

Come si sa, negli atomi, gli elettroni si trovano disposti, attorno al nucleo, su diversi livelli energetici, a ciascuno dei quali compete un valore determinato, ovvero quantizzato (per avere un’immagine basti pensare ai pioli di una scala di muratore). Quando ad un atomo di un qualsiasi elemento viene fornita un’energia tale che un elettrone appartenente, ad esempio, al livello energetico E₁, passi al livello energetico superiore E₂, esso ritornerà al livello di appartenenza emettendo un fotone avente energia ΔE = E₂ – E₁ = h· ν = h·c/λ. Se tale lunghezza d’onda cadrà nell’intervallo sopraddetto essa sarà rilevata dall’occhio umano con il colore ad essa corrispondente.

Orbene, l’evento, che si svolgerà presso il Liceo artistico, si ripete annualmente a partire dall’Anno Internazionale della Luce IYL-2015, in seguito al proclama dell’ONU il 23 dicembre 2013 secondo cui esso “è un’iniziativa globale che mira ad accrescere la conoscenza e la consapevolezza di ciascuno di noi sul modo in cui le tecnologie basate sulla luce promuovano lo sviluppo sostenibile e forniscano soluzioni alle sfide globali ad esempio nei campi dell’energia, dell’istruzione, delle comunicazioni, della salute e dell’agricoltura.

Tra gli obiettivi che le Nazioni Unite si propongono di raggiungere con l’iniziativa dell’International  Year of Light 2015:

• Promuovere le tecnologie della luce per un miglioramento della qualità della vita sia nei paesi sviluppati, che in quelli in via di sviluppo
• Ridurre l’inquinamento luminoso e lo spreco di energia
• Promuovere la partecipazione delle donne nella scienza con ruoli di responsabilità
• Promuovere l’istruzione tra i giovani
• Promuovere lo sviluppo sostenibile

I temi ufficiali dell’IYL2015 sono:

1. La Scienza della Luce
2. La Tecnologia della Luce
3. La Luce in Natura
4. La Luce e la Cultura”.

“L’UNESCO sottolinea il tema della Luce Cosmica, un tema di particolare importanza per la comunità astronomica; attraverso le principali scoperte scientifiche e l’innovazione tecnologica, la Luce ci aiuta a vedere e a comprendere meglio l’universo. Evidenzia inoltre il ruolo fondamentale dell’uso di laboratori hands on (n.d.r.: interattivo o pratico), esperimenti e giochi didattici nel trasmettere la conoscenza scientifica ai giovani.”  Ciò è connesso al fatto che si sente parlare, in televisione, o si legge sui giornali cartacei o su quelli on line, di raggi IR, di raggi UV, di raggi X, o addirittura di onde radio, oppure si osservano fenomeni luminosi come l’arcobaleno dopo un temporale o i colori che assume il cielo all’alba o al tramonto solare. La maggior parte della gente, ovviamente non avendo studiato a scuola i fenomeni luminosi o non sapendo come si fa a scopre la struttura della molecola di un composto, non conosce che tutti questi raggi, o radiazioni, fanno parte dello spettro elettromagnetico.

Ebbene, la “chimica analitica” è il settore della chimica che utilizza la spettroscopia e gli strumenti costruiti all’uopo chiamati spettrometri per indagare e definire la struttura molecolare. Oggi, esiste uno spettrometro tascabile, che usa la spettroscopia infrarossa IR (le cui lunghezze d’onda vanno da circa un micron (10^-6m a un decimo di millimetro 10^-4m), della grandezza di una chiavetta USB, che è in grado di rivelare la composizione chimica dei corpi, compresi gli alimenti, collegato all’app di uno smartphone con una semplice scannerizzazione. Tuttavia la dott.ssa Dora Melucci, ricercatrice all’Università di Bologna di ‘Chimica analitica’ afferma che: “è necessario che i database siano affidabili e completi” e che “la tecnica analizza soltanto la superficie dell’oggetto e soltanto nel punto illuminato. Questo vuol dire che se l’elemento non è omogeneo, non sapremo nulla sul suo contenuto interno”.

Francesco Giuliano

(Nella figura è rappresentato l’effetto fotoelettrico che, scoperto intorno alla metà dell’800, fu studiato da Albert Einstein che ebbe il premio Nobel per la Fisica 1921)