Un laser per snidare il carbonio 14 (L'Unione Sarda, 4 gennaio 2012)

Nasce nei laboratori dell’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche, l'INO-CNR di Sesto Fiorentino, il laser che rivoluzionerà la datazione archeologica. Da oltre trent’anni l'età di un reperto si può calcolare in base alla quantità residua di carbonio 14, presente in tutte le sostanze organiche: carta, denti, ossa, tessuti, legno. Il carbonio viene assunto dagli organismi viventi mediante la respirazione e l’alimentazione e il suo isotopo 14, essendo radioattivo, con il tempo si trasforma in azoto e sparisce. Quando un organismo muore la sua quantità di carbonio 14 diminuisce progressivamente e questo ne fa uno dei migliori sistemi per misurarne l’età. I dispositivi che consentono di effettuare queste misure, gli spettrometri di massa, sono molto ingombranti e costosi. Il nuovo sistema sviluppato al CNR, piccolo, maneggevole e sicuramente più economico, rivela per via ottica la concentrazione di carbonio 14 anche in quantità molto basse. Il suo impiego, oltre all'archeologia, potrebbe rivelarsi utile anche nella misurazione di parametri ambientali, sanitari e di sicurezza. Nonché nella pratica di laboratorio di fisica. 

Lo spiega il fisico Giovanni Giusfredi, del gruppo di ricerca INO-CNR che opera all'interno del progetto internazionale “European Laboratory for Nonlinear Spectroscopy” e co-autore del lavoro: «Nell’analisi con spettrometri di massa ogni atomo di carbonio deve essere “estratto” dalla molecola di anidride carbonica che lo contiene e che viene prodotta con la combustione dei reperti. Dato che in natura solo una molecola ogni mille miliardi contiene carbonio 14 invece di carbonio “normale”, per misurarne la quantità è necessaria una grande sensibilità. Con la nuova tecnica possiamo invece misurare direttamente il numero di molecole che contengono l’atomo di carbonio 14. Il sistema proposto occupa inoltre uno spazio di quasi 100 volte inferiore e costa almeno 10 volte meno rispetto agli apparecchi finora utilizzati.»  

La nuova metodologia si basa su una tecnica spettroscopica descritta sulla rivista “Physical Review Letters” in un primo articolo del 19 marzo 2010 e in uno del 30 dicembre 2011 intitolato. “Molecular Gas Sensing Below Parts Per Trillion: Radiocarbon-Dioxide Optical Detection”. Con il sistema ideato nei laboratori dell'INO-CNR sarà possibile rivelare molecole in concentrazione estremamente ridotta, il che fa di quest'applicazione non solo uno strumento rivoluzionario per l'archeologia, ma anche per il monitoraggio dei cambiamenti climatici, degli agenti inquinanti e nella ricerca medica. Per raggiungere la sensibilità richiesta i ricercatori hanno usato luce laser infrarossa, invisibile all’occhio umano ma assorbita con particolare facilità dalle molecole di anidride carbonica. La radiazione infrarossa viene riflessa molte volte tra due specchi ai lati di un tubo che contiene il gas sul quale effettuare le misure. In questo modo la luce attraversa migliaia di volte le molecole di anidride carbonica da analizzare, il che equivale a moltiplicare per migliaia di volte la quantità di molecole disponibili e a innalzare di fatto la sensibilità della misura. 

Ma allora l'archeologo del futuro con questo sistema potrà datare i reperti sul campo senza attendere la risposta di un laboratorio? «Molto probabilmente sarà possibile – risponde Paolo De Natale, direttore dell’INO-CNR – ma andranno sviluppati e ingegnerizzati appositi strumenti "da campo": il nostro è ancora un prototipo da laboratorio che però dimostra la fattibilità della misura con questa nuova modalità.» 

ANDREA MAMELI