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Nov 30, 2023

Fisica

When the COVID-19 pandemic shut down universities and offices across the world

Quando la pandemia di COVID-19 ha chiuso le università e gli uffici di tutto il mondo nella primavera del 2020, trovare nuovi hobby per allontanare la paura (e la noia) è diventato fondamentale. Mentre alcuni si dedicavano al punto croce o a una nuova routine di stretching, Aaron Slepkov, un ricercatore di fotonica presso l'Università di Trent a Peterborough, in Canada, si è rivolto a una forma d'arte ispirata alla fisica chiamata polage per occupare il suo tempo.

Polage, o colorazione filtrata dalla polarizzazione, come la chiama Slepkov, è una sorta di collage che utilizza polarizzatori e pellicole sottili per creare opere d'arte dai colori vivaci che si trasformano a seconda di come le guardi. Questa metamorfosi è resa possibile dalla birifrangenza, una proprietà ottica di alcuni materiali che modifica lo stato di polarizzazione della luce trasmessa. Esempi di materiali birifrangenti includono ghiaccio, cristalli di calcite, pellicola di cellophane e nastro trasparente.

La birifrangenza fu scoperta per la prima volta nel 1600 e da allora è stata utilizzata in un'ampia varietà di applicazioni, dalla misurazione dello stress interno del vetro allo studio dei modelli interni dei minerali. Eppure, nonostante la lunga storia della birifrangenza, la sua diffusione nel mondo dell’arte è più recente. Il termine polage fu coniato per la prima volta da Austine Wood Comarow nel 1967 dopo aver iniziato a lavorare con cellophane e filtri polarizzatori. I suoi pezzi colorati, a tema naturale e astratti sono stati esposti nei musei scientifici di tutto il mondo.

Slepkov non è estraneo all'esplorazione del lato fantastico della fisica, o di ciò che lui chiama "indagine guidata dalla curiosità". Nel 2019 Slepkov e i suoi studenti hanno fatto notizia indagando sul motivo per cui i grappoli d’uva esplodono in esplosioni di plasma quando riscaldati in un forno a microonde. Il suo laboratorio ha anche studiato la legge di Benford, una distribuzione anomala di cifre in molti set di dati del mondo reale, per determinare se potrebbe essere utilizzata per barare su domande quantitative a scelta multipla.

Polage ha attirato l'attenzione di Slepkov per la prima volta mentre scorreva i thread accademici su Twitter, e si è interessato sempre più alla scienza dietro questo progetto di arti e mestieri dopo averlo presentato ai suoi figli durante il blocco. "Vorrei mostrare loro sullo schermo del mio computer come posso visualizzare l'arte con gli occhiali da sole, dal momento che non avevo polarizzatori a disposizione", dice Slepkov. "Ad essere onesti, non erano così interessati."

Mentre Slepkov approfondiva la scienza della birifrangenza, scoprì molte domande senza risposta su questo fenomeno ottico e sul suo ruolo nell’arte. In particolare, non era chiaro cosa dovesse fare un artista – in termini di stratificazione e orientamento delle pellicole – per ottenere un certo colore. "Come farlo non era intuitivo", dice Slepkov. "Come insegnante di ottica, all'improvviso ho potuto vedere tutti i tipi di spiegazioni molto interessanti, sia matematicamente che fenomenologicamente, su come funzionavano le tecniche di polage."

Mentre i suoi figli hanno perso presto interesse per il progetto, il figlio di un collega, in età di scuola superiore, ha trovato l'argomento affascinante. Slepkov ha arruolato questo studente per un progetto di ricerca improvvisato. Utilizzando uno spettrometro e altre apparecchiature portate a casa dal suo laboratorio, i due ricercatori hanno lavorato nelle loro case e su Zoom effettuando esperimenti per formalizzare la birifrangenza quantitativa di diversi nastri. Quest'estate Slepkov ha pubblicato due articoli sull'argomento [1, 2].

Nella sua forma più semplice, Slepkov afferma che ci sono tre passaggi per creare display belli e birifrangenti. Innanzitutto, la luce bianca passa attraverso un polarizzatore iniziale che costringe le onde luminose a essere polarizzate linearmente. Questa luce attraversa quindi un materiale birifrangente, in questo caso vari strati di nastro adesivo, che cambia la polarizzazione da lineare a ellittica. La forma esatta della polarizzazione ellittica dipende dalla lunghezza d'onda della luce, dall'orientamento e dallo spessore degli strati del nastro.

Questa luce polarizzata ellitticamente viene quindi fatta passare attraverso un secondo polarizzatore finale per far apparire i colori allo spettatore. A seconda dell'orientamento di questo polarizzatore, alcune lunghezze d'onda verranno bloccate, mentre altre lunghezze d'onda verranno trasmesse, creando qualcosa chiamato "colori non spettrali". Invece di creare, ad esempio, un blu “puro” con una lunghezza d’onda di 450 nm, Slepkov spiega che il polage tende a produrre un mix di lunghezze d’onda che insieme danno un blu dall’aspetto più pastello.