Parafulmini laser: il futuro è arrivato! Ecco come funzionano

Proprio come il laser è stato fondamentale per il progresso della medicina, lo è adesso anche per le scienze atmosferiche. In questo caso, associati a tempeste elettriche che generano fulmini verso la superficie terrestre.

fulmini deviati da laser
Il fulmine è responsabile di danni considerevoli e morte. Fonte: Hoard et al. 2023.

Interruzioni di corrente, incendi boschivi, danni alle infrastrutture e lesioni personali possono essere le conseguenze dei fulmini. Sulla base dei dati satellitari, si stima che il tasso totale di fulmini in tutto il mondo sia compreso tra 40 e 120 fulmini al secondo.

Controllare questi eventi meteorologici, per molti, è stato un sogno per decenni. Lo studio "Laser-guided lightning", pubblicato sulla rivista Nature Photonics, presenta la prima dimostrazione di filamenti indotti dal laser. Questi filamenti sono causati da brevi e intensi impulsi laser diretti verso il cielo, e sarebbero in grado di guidare scariche di fulmini su lunghe distanze.

Il numero documentato di morti per fulmini supera i 4.000 e il danno associato ammonta a miliardi di dollari ogni anno.

Il gruppo di ricerca afferma: "riteniamo che questa svolta sperimentale porterà al progresso della protezione dai fulmini e della fisica dei fulmini". Una sfida enorme che genererebbe un beneficio su scala globale.

Il parafulmine ci ha protetto per quasi 300 anni.

La protezione esterna più utilizzata contro i fulmini diretti è tuttora il parafulmine, un'invenzione attribuita a Benjamin Franklin durante il XVIII secolo.

fulmine edificio parafulmine
Il parafulmine è un'eredità meteorologica e umana lasciataci dal poliedrico Benjamin Franklin.

Il parafulmine è costituito da un palo appuntito collegato al terreno la cui funzione principale è quella di proteggere gli edifici e le loro immediate vicinanze, fornendo un punto di impatto preferenziale per i fulmini. In questo modo la sua corrente elettrica viene convogliata a terra in modo sicuro.

Deviazione dei fulmini con potenti impulsi laser

Nel corso dell'estate (emisfero nord) del 2021 è stata condotta una campagna sperimentale sul monte Säntis, situato nel nord-est della Svizzera. Lì è stato installato un laser terawatt (un trilione di watt), che include un'elevata frequenza di ripetizione, e una torre. In questo senso, il principio utilizzato consiste nell'inviare impulsi laser intensi e brevi verso le nuvole.

Sebbene la ricerca sui fulmini sia molto attiva da più di 20 anni, questo è il primo risultato che dimostra sperimentalmente fasci a guida laser.

Nell'esperimento, due telecamere ad alta velocità sono state installate separatamente. Hanno registrato la guida di un fulmine negativo (verso l'alto) su una distanza di 50 metri.

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Fulmine registrato il 24 luglio 2021 a (a) Schwaegalp (b) Kronberg. Fonte: Hoard et al. 2023.

La guida di fulmini negativi da parte di filamenti laser è stata confermata in altri 3 casi. Processo che veniva effettuato con misure interferometriche (tecnica che combina le onde elettromagnetiche) ad altissima frequenza.

Risultati ottenuti con molta pazienza

Tra il 21 luglio e il 30 settembre 2021, il laser è rimasto in funzione per più di 6 ore di attività tempestosa. L'evento meteorologico si è verificato in un raggio di 3 chilometri attorno al sito della campagna. La torre è stata colpita da almeno 16 fulmini, quattro dei quali si sono verificati durante l'attività del laser.

I quattro eventi laser registrati sono stati associati a lampi positivi (fulmini), collegando la sommità della torre con la nuvola. Tutti questi fulmini sono stati deviati verso l'alto. Infine, la ricerca citata è in grado di aprire la strada a nuove applicazioni atmosferiche. Come se non bastasse, rappresenta un passo importante nello sviluppo della protezione contro i fulmini basata sul laser. I beneficiari potrebbero essere aeroporti, rampe di lancio o infrastrutture di dimensioni colossali.