PIOMBINO 15 dicem­bre 2013 — Francesco Mar­sili (nel­la foto), nato a Piom­bi­no nel 1981, prende la lau­rea tri­en­nale in Ingeg­ne­r­ia elet­tron­i­ca all’Università di Pisa nel 2002. Seguen­do il cor­so di lau­rea spe­cial­is­ti­ca in Ingeg­ne­r­ia elet­tron­i­ca si rende con­to che la sua pas­sione non é tan­to l’ingegneria (prog­et­to, dimen­sion­a­men­to, fab­bri­cazione di dis­pos­i­tivi), quan­to la fisi­ca del­lo sta­to soli­do (per­ché i dis­pos­i­tivi fun­zio­nano così?). Decide quin­di di seguire i cor­si del­la lau­rea spe­cial­is­ti­ca in Ingeg­ne­r­ia elet­tron­i­ca e del­la lau­rea tri­en­nale in Fisi­ca allo stes­so tem­po, alter­nan­do “dovere” e “piacere” per due inten­si anni. Si lau­rea in Ingeg­ne­r­ia elet­tron­i­ca nel 2004 e pochi mesi dopo la lau­rea, gra­zie al suo cur­ricu­lum eclet­ti­co di ingeg­nere-fisi­co, viene accetta­to come stu­dente di dot­tora­to in fisi­ca appli­ca­ta all’École Poly­tech­nique Fédérale de Lau­sanne (EPFL) in Svizzera. All’EPFL svilup­pa riv­e­la­tori super­con­dut­tori di fotoni sin­goli (o, in inglese, super­con­duct­ing nanowire sin­gle pho­ton detec­tors, SNSPDs). Chiari­amo. Il fotone é il quan­to ele­mentare di ener­gia, cioè la quan­tità min­i­ma di ener­gia che può essere scam­bi­a­ta tra due cor­pi. Un fas­cio di luce é un flus­so di fotoni nel­lo stes­so modo in cui una cor­rente elet­tri­ca é un flus­so di elet­troni. Un riv­e­la­tore di fotoni sin­goli é un dis­pos­i­ti­vo in gra­do di seg­nalare l’arrivo di sin­goli fotoni, un po’ come fa il con­ta­tore Geiger quan­do clic­ca all’arrivo di radi­azione nucleare. Un super­con­dut­tore é un mate­ri­ale (in genere, ma non nec­es­sari­a­mente un met­al­lo) che, por­ta­to al di sot­to di una cer­ta tem­per­atu­ra carat­ter­is­ti­ca (la tem­per­atu­ra crit­i­ca), perde la sua resisten­za elet­tri­ca e con­duce cor­rente elet­tri­ca sen­za dis­si­pazione. Ad esem­pio, il met­al­lo usato nelle lam­pa­dine a incan­descen­za, il tung­steno, é un super­con­dut­tore con tem­per­atu­ra crit­i­ca vici­no allo zero asso­lu­to (-273.15ºC). Se raf­fred­das­si­mo una lam­pad­i­na a ‑273ºC e la accen­dessi­mo, il tung­steno sarebbe super­con­dut­tore e non si scalderebbe più fino a diventare incan­des­cente, quin­di la lam­pad­i­na non farebbe più luce! Un SNSPD quin­di non é altro che un filo super­con­dut­tore nano­met­ri­co che riesce a riv­e­lare luci debolis­sime. 

 

 Dopo aver lavo­ra­to come dot­toran­do per tre anni all’EPFL e per un anno all’Eindhoven Uni­ver­si­ty of Tech­nol­o­gy (TU/e) nei Pae­si bassi, riceve il tito­lo di doc­teur ès sci­ences (dot­tore in fisi­ca) dall’EPFL nel 2009. Poco dopo il dot­tora­to, fir­ma un con­trat­to di ricer­ca post­dot­torale col Mass­a­chus­setts Insti­tute of Tech­nol­o­gy (MIT) a Cam­bridge, Mass­a­chus­setts. Anche se il con­trat­to era orig­i­nar­i­a­mente per un anno, Francesco finisce per rimanere al MIT per più di due anni, moti­va­to dal­la prospet­ti­va di aumentare l’efficienza degli SNSPDs. L’efficienza di un riv­e­la­tore a sin­go­lo fotone é la frazione dei fotoni inci­den­ti sul riv­e­la­tore che ven­gono effet­ti­va­mente riv­e­lati. Francesco sape­va che l’efficienza di un riv­e­la­tore a sin­go­lo fotone é fon­da­men­tale per le appli­cazioni e che solo aumen­tan­do l’efficienza degli SNSPDs, questi pote­vano avere la pos­si­bil­ità di ces­sare di essere una dimostrazione di lab­o­ra­to­rio ed essere imp­ie­gati nel mon­do reale.
Dopo il MIT, Francesco viene assun­to come ricer­ca­tore al Nation­al Insti­tute of Stan­dards and Tech­nol­o­gy (NIST), a Boul­der, Col­orado. Al NIST svilup­pa SNSPDs con un’efficienza del 93% (solo 7 fotoni su 100 non veni­vano riv­e­lati!), ren­den­do final­mente questi riv­e­la­tori i più sen­si­bili al mon­do. Poco dopo la pub­bli­cazione di questo risul­ta­to su Nature Pho­ton­ics, una delle piú pres­ti­giose riv­iste di fisi­ca, Francesco viene ingag­gia­to dal­la NASA per lavo­rare al Jet Propul­sion Lab­o­ra­to­ry (JPL), a Pasade­na, Cal­i­for­nia.  

 

Dopo aver ded­i­ca­to qua­si nove anni alla ricer­ca sug­li SNSPDs, al JPL lavo­ra final­mente sul­la loro appli­cazione. Gli SNSPDs ver­ran­no infat­ti usati per sta­bilire un canale di comu­ni­cazione otti­co tra la Ter­ra e Marte. Il canale otti­co Ter­ra-Marte per­me­t­terà al prossi­mo Mars rover (il cui atter­rag­gio su Marte é pre­vis­to per il 2020) di inviare alla Ter­ra immag­i­ni in tem­po reale. Gra­zie agli SNSPDs potremo vedere Marte in live stream!