Certamente molti ricordano la fulminante battuta del film "Il Laureato" che è il consiglio che viene dato a un giovanissimo Dustin Hoffmann fresco di laurea per il suo futuro professionale: "Plastics!"

Il film uscì nel 1967 ed effettivamente si trattava di un ottimo consiglio.

Se il film venisse girato ai giorni nostri quale sarebbe il consiglio da dare a un giovane di belle speranze? Senz'altro: "Metamaterials!"

I metamateriali stanno portando gloria scientifica e danaro e chi vi si sta dedicando. Non esistono in natura ma sono fatti per soddisfare al meglio le nostre esigenze. Per esempio: le onde sismiche fanno crollare gli edifici? Bene: costruiamo dei muri che non si accorgano neanche del passaggio delle onde.

Può sembrare fantascienza ma in realtà si è verificato sperimentalmente che la cosa è possibile. Sia chiaro che, nel caso sismologico, siamo ancora lontani da applicazioni a larga scala.

Un metamateriale è un materiale le cui proprietà elastiche, acustiche, elettromagnetiche dipendono non tanto dalla sua composizione chimica, quanto dalla sua struttura interna, cioè dal modo in cui è "messo assieme" o, se vogliamo, dal modo in cui  è stato "tessuto".

In pratica, quando si parla di metamateriali ci si riferisce a materiali il cui indice di rifrazione è negativo, perché è questa la proprietà più utile e affascinante di quelli realizzati e utilizzati finora. Materiali capaci di "deviare" onde elettromagnetiche, acustiche, meccaniche ad un angolo completamente diverso da quelli a cui siamo abituati in natura.

L'indice  di rifrazione dipende dalle proprietà dei materiali attraversati dalle onde. L'esempio tipico sono l'aria, l'acqua e la luce. Se si guarda dentro una piscina, gli oggetti sotto l'acqua appaiono deformati, perché le onde luminose che si propagano dagli oggetti ai nostri occhi sono rifratte alla superficie di separazione aria-acqua.

In natura, le onde acustiche, sismiche,  elettromagnetiche si propagano sempre con indici di rifrazione positivi. Per capire cosa significa, pensiamo a un'onda luminosa che parte dal fondo della piscina per raggiungere i nostri occhi. La direzione dell'onda è inclinata nello stesso senso rispetto alla verticale  sopra e sotto l'acqua.

Con un indice di rifrazione negativo cambia il senso dell'inclinazione. In parole povere, è come mettere uno specchio verticale alla superficie dell' "acqua a indice di rifrazione negativo", che ci consente di vedere dietro gli angoli.

In natura non esistono materiali a indice di rifrazione negativo. È stato però possibile realizzarli. Abbiamo così metamateriali a indice di rifrazione negativo nei campi delle onde elettromagnetiche e meccaniche. Questi metamateriali sono realizzati con procedimenti complessi, costruendo strutture i cui "mattoni" hanno  dimensioni inferiori alla lunghezza d'onda delle onde che devono essere  "deviate o smorzate".

È come se i pezzi che compongono queste strutture rimpiazzassero le molecole che costituiscono i materiali, con la differenza che mentre le proprietà di un atomo o di una molecola sono determinate dalla natura, i metamateriali li costruiamo noi, secondo le nostre esigenze.

Torniamo all'esempio fatto sopra. Se potessimo fabbricare metaacqua a indice di rifrazione negativo e usarla per riempire una piscina, saremmo in grado di vedere dietro gli angoli della piscina in questione.

Ma questo esperimento è difficilmente realizzabile, se non altro perché la lunghezza d'onda della luce, meno di un millesimo di millimetro, è molto piccola. Però il concetto funziona per onde di qualsiasi frequenza e lunghezza d'onda.

Le lunghezze d'onda impiegate da radar o telefonini possono essere di qualche cm e in quel contesto è relativamente facile costruire metamateriali.

I metamateriali offrono una flessibilità che si presta a numerose applicazioni tecnologiche e industriali. I campi più interessati sono quelli dell'imaging (ad esempio, la tomografia medica: raggi x, risonanza magnetica, ecografia ...), della comunicazione e in generale dell'acustica.

Per quanto riguarda l'imaging (la tomografia), non è difficile intuire che una tecnologia che ci permette di "vedere dietro gli angoli" può essere utile ad illuminare zone altrimenti non ben visibili di tessuti e materiali.

I metamateriali permettono di realizzare "superlenti" capaci di risolvere strutture di dimensioni inferiori alle lunghezze d'onda della luce usata per illuminare e vedere le strutture stesse.

Per la comunicazione, si possono costruire antenne le cui proprietà di irradiamento sono determinate semplicemente dalle proprietà microscopiche del materiale di cui sono fatte, e non dalla loro forma, spesso complicata e ingombrante. Con i metamateriali si avranno antenne leggere, facilmente trasportabili e rapidamente riconfigurabili.

Vastissime le applicazioni nel campo dell'acustica, ancora in gran parte inesplorate.

È lecito immaginarsi che questa nuova tecnologia avrà un impatto importante in tanti settori: insonorizzare edifici o parti di edifici; migliorare l'acustica di sale da concerto....

Anche costruire sottomarini invisibili al sonar come gli aerei invisibili ai radar ...perché tanto le applicazioni belliche sono sempre le prime e tecnicamente le più interessanti, purtroppo.

Non so se in Italia ci sono industrie o centri di ricerca che si occupano sistematicamente  di metamateriali. So per certo che molti ricercatori italiani se ne occupano in molti laboratori stranieri.

Non mi sembra che  il mondo della ricerca sia particolarmente interessato o indirizzato a occuparsi di questioni applicative.

Si preferisce finanziare l'infinitamente piccolo e l'infinitamente grande: bosoni e stelle, per intendersi.

Forse per non cadere nell'imperdonabile volgarità di creare ricchezza e posti di lavoro.

Ovviamente nel nostro mondo universitario c'è chi con lo stipendio, lo studio, l'elettricità, il riscaldamento, il telefono ... pagati dallo Stato si dà da fare per arricchire se stesso ma, di questo, dovrebbe interessarsi la Magistratura.

ESEMPIO FIGURATO

L'omino guarda l'acqua, metaacqua, ed è come se ci fosse uno specchio che gli fa vedere il pesce.

*geofisico