MAP - Magazine Alumni Politecnico di Milano #9 - PRIMAVERA 2021

Un nuovo laboratorio laser al Politecnico per studiare l’interazione
tra luce e molecole. È l’ambizioso progetto TOMATTO, vincitore
dell’ERC Synergy Grant: 12 milioni per 6 anni.
In ogni momento la luce del Sole mette
in moto meccanismi dentro e tra le
molecole, muove le cose. Per capire
cosa accade dopo che la luce ha colpito
una molecola bisogna allora tentare,
per così dire, di fotografare quegli
istanti con flash rapidissimi. «Come per
la fotografia di un proiettile sparato
contro una mela: si usa un flash molto
veloce così da congelare i momenti»,
spiega Mauro Nisoli, professore di
fisica e fotonica al Politecnico. «Ma
per fotografare cosa succede agli
elettroni in una molecola colpita da
fotoni, servono flash estremamente
più rapidi». Da qui nasce il progetto
TOMATTO, che mette assieme le forze
di Politecnico, Università Autonoma
di Madrid e Università Complutense
di Madrid, e che è tra i vincitori del
finanziamento europeo ERC Synergy
Grant, il primo al Politecnico. L’intento:
simulare quello che succede in natura,
lanciando un fascio di luce su una
molecola e sondandone gli effetti con
un flash di impulsi laser ultravioletti,
soltanto qualche attosecondo dopo,
un miliardesimo di miliardesimo di
secondo dopo.
«Tutto comincia a Erice, esattamente
due anni fa», racconta Nisoli. «Ci
trovavamo lì perché si teneva una
scuola proprio sugli attosecondi,
organizzata da me e da un collega
americano al Centro Ettore Majorana.
Parlando del bando ERC Synergy
con Fernando Martín dell’Università
Autonoma di Madrid, abbiamo pensato
che sarebbe stato bello mettere
assieme la parte teorica, il suo campo, e
sperimentale, il mio». Così, nel maggio
2019 Fernando ha poi coinvolto Nazario
Martín dell’Università Complutense,
esperto di chimica organica. «Per i
due mesi successivi ci siamo incontrati
quotidianamente su Skype, così l’idea
ha preso forma».
L’ERC Synergy è destinato a ricerche di
grande respiro, come quella appunto
di TOMATTO. «Il bello della ricerca
nel campo degli attosecondi è che
non puoi fare tutto da solo» racconta
Nisoli. «Una volta generati gli impulsi
ad attosecondi e fatte le misure,
ancora non si è capito il processo
fisico innescato dagli impulsi». Grazie
all’aiuto di un teorico, perciò, si cerca
di capire cosa è successo dentro la
molecola colpita dalla luce e come
questo possa dipendere dalla struttura
chimica della molecola stessa:
servono complesse simulazioni. «La
prima misura ad attosecondi su una
molecola, pubblicata su Nature nel
2010, l’abbiamo fatta noi nel laboratorio
ad attosecondi del Dipartimento
di Fisica, ed era sulla molecola di
idrogeno, la molecola più semplice
in assoluto. In quel caso Fernando ha
usato il supercomputer MareNostrum,
installato al Barcelona Supercomputing
Center per simulare con estremo
dettaglio il processo fisico messo in
moto dai nostri impulsi ad attosecondi.
Grazie a queste simulazioni abbiamo
capito il processo. Qui vogliamo fare
un salto di qualità e indagare molecole
molto più complicate».
Se i processi di trasferimento di carica
dentro le molecole dipendono dalla
struttura molecolare, allora la sfida può
essere quella di manipolare la struttura
e variarla così da far fare qualcosa
di specifico alla molecola. Nazario
Martín, chimico organico che completa
il terzetto, con il suo team si occuperà
proprio della sintesi delle molecole
e ne altererà la struttura, seguendo
la ricetta elaborata tra esperimenti al
Politecnico e simulazioni teoriche.
Studiare e controllare cosa succede
in una molecola su scale temporali
ultrarapide, rappresenta una linea
di ricerca di grande interesse e in
continuo sviluppo. Con TOMATTO i
ricercatori cercheranno di guardare
direttamente dentro al motore
molecolare e a come gli elettroni
rispondono all’assorbimento della
luce. «Quando le molecole assorbono i
fotoni, i nuclei rimangono inizialmente
fermi ma gli elettroni, molto più
leggeri, si “accorgono” subito che
è successo qualcosa e si mettono
in moto: ciò avviene sulla scala
temporale degli attosecondi», spiega
Nisoli. All’Attosecond Research Center
del Politecnico, le molecole saranno
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