dicembre 1958: Invenzione del Laser

Charles Townes

Arthur Schawlow

Ogni ora e poi, una scoperta scientifica si verifica che ha un impatto rivoluzionario sulla vita quotidiana. Un esempio di questo è l’invenzione del laser, che sta per amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazioni. Poche persone si sono rese conto al momento della sua invenzione che si sarebbe rivelato un dispositivo così utile (e redditizio), ma il laser alla fine ha lanciato un nuovo campo scientifico e ha aperto le porte a quella che oggi è un’industria multimiliardaria.

Il principio del laser risale al 1917, quando Albert Einstein descritto per la prima volta la teoria dell’emissione stimolata, ma il pratico dispositivo ha le sue radici negli anni 1940 e primi anni 1950, in particolare il lavoro di spettroscopia a microonde-un potente strumento per la scoperta di thecharacteristics di un’ampia varietà di molecole-fisici Charles Townes, Arthur Schawlow e gli altri, e l’invenzione di maser (microwave amplification by stimulated emission of radiation).

Dopo la fine della seconda guerra mondiale, Townes era incuriosito dalla possibilità di utilizzare l’emissione stimolata per sondare i gas per la spettroscopia molecolare. Man mano che la lunghezza d’onda della radiazione a microonde si accorciava, le sue interazioni con le molecole diventavano più forti, rendendolo uno strumento spettroscopico più potente. Townes e colleghi della Columbia University hanno dimostrato un maser funzionante nel 1953, due anni dopo che dispositivi simili sono stati inventati indipendentemente dai ricercatori dell’Università del Maryland e dei laboratori Lebedev a Mosca.

Tuttavia, Townes si rese conto che le lunghezze d’onda della luce infrarossa e ottica, poiché erano più corte, sarebbero stati strumenti ancora più potenti per la spettroscopia, e menzionò l’idea di estendere il principio di maser a lunghezze d’onda più corte a Schawlow mentre visitava quest’ultimo ai Bell Labs. Schawlow ha avuto l’idea di organizzare una serie di specchi, uno su ciascuna estremità della cavità del dispositivo, per far rimbalzare la luce avanti e indietro, eliminando così l’amplificazione di eventuali raggi che rimbalzano in altre direzioni. Pensava che questo avrebbe permesso loro di regolare le dimensioni in modo che il laser avrebbe avuto solo una frequenza che potrebbe essere selezionata all’interno di una determinata larghezza della linea, e che la dimensione dello specchio potrebbe essere regolata in modo che anche un leggero movimento fuori asse potrebbe essere smorzato. Ha anche suggerito di utilizzare alcuni materiali allo stato solido per i laser.

Otto mesi dopo, i due uomini scrissero un articolo sulla proof of concept per il loro lavoro, pubblicato nel numero di dicembre 1958 di the Physical Review (Vol. 112, n. 6, pp. 1940-1949), e ricevette un brevetto per l’invenzione del laser due anni dopo-lo stesso anno il primo laser funzionante fu costruito da Theodore Maiman alla Hughes Aircraft Company. Townes è stato un co-destinatario del Premio Nobel per la fisica 1964 per il suo lavoro fondamentale in elettronica quantistica che ha fornito la base del principio maser/laser. Il riconoscimento di Schawlow è venuto molto più tardi; ha condiviso il premio Nobel 1981 per i suoi contributi allo sviluppo della spettroscopia laser.

Mentre Townes e Schawlow sono i nomi più spesso associati all’invenzione del laser a causa della loro carta del 1958 e del successivo brevetto, numerosi altri hanno dato contributi vitali. Forse è per questo che la questione di chi ha davvero inventato il laser ha dimostrato di essere una abbastanza litigiosa, dovuto in gran parte agli sforzi di Gordon Gould, uno scienziato alla Columbia e poi con Technical Research Group (TRG), per guadagnare diritti di brevetto sulla base del suo notebook di ricerca. Una voce sulle sue idee iniziali per il laser è stato datato e autenticata novembre 1957. Gould combatté per decenni, e nel 1973 la US Court of Customs and Patent Appeals stabilì che il brevetto originale assegnato a Schawlow e Townes era troppo generale e non forniva informazioni sufficienti per creare alcuni componenti chiave. Gould è stato finalmente concesso i diritti di brevetto, ricevendo il suo quarto e ultimo brevetto sui laser nel 1988.

Sebbene fosse un notevole passo avanti tecnico, nei suoi primi anni il laser non aveva molte applicazioni pratiche, poiché non era abbastanza potente per l’uso in armi basate su raggi, e la sua capacità di trasmettere informazioni attraverso l’atmosfera era gravemente ostacolata dalla sua incapacità di penetrare nuvole e pioggia. Ma non ci volle molto per i ricercatori per sviluppare i primi sistemi di avvistamento laser e i primi strumenti per la chirurgia laser.

Oggi, i laser sono onnipresenti nel mercato commerciale, utilizzati nei lettori CD, nella chirurgia oculare correttiva, nella rimozione del tatuaggio, nelle linee di assemblaggio industriali, negli scanner per supermercati, nelle comunicazioni ottiche e nell’archiviazione ottica dei dati.

Ulteriori letture:

Bromberg, Joan L., “La nascita del laser”, Physics Today, ottobre 1988, pp. 26-33.

“Un brevetto laser che sconvolge l’industria,” Business Week, 24 ottobre 1977, pp. 121-130.

Hecht, Jeff, “Winning the Laser Patent War,” Laser Focus World, dicembre 1994, pp. 49-51.