b'\n_START_ARTICLE_\nDiffusione ottica\n_START_PARAGRAPH_\nIn fisica la diffusione ottica (o dispersione), scattering in inglese, si riferisce a un\'ampia classe di fenomeni di interazione radiazione-materia in cui onde o particelle vengono deflesse (ovvero cambiano traiettoria) a causa della collisione con altre particelle o onde (dal punto di vista quantistico). La deflessione avviene in maniera disordinata e in buona misura casuale (il significato letterale di scattering \xc3\xa8 "sparpagliamento") e per questo la diffusione si distingue dalla riflessione e dalla rifrazione, che invece cambiano le traiettorie in maniera regolare e determinata. Sono considerati processi di scattering solo le interazioni elastiche o quasi elastiche, che cio\xc3\xa8 non comportino rilevanti cessioni o guadagni di energia (la diffusione o dispersione di cui si parla qui non hanno nulla a che fare con la diffusione termica (moto casuale di particelle microscopiche) o con la dispersione cromatica (separazione della luce nei suoi vari colori)).\n_START_SECTION_\nDescrizione\n_START_PARAGRAPH_\nIn ottica la diffusione ottica rientra nei fenomeni di interazione radiazione-materia ed \xc3\xa8 di solito riferito alla dispersione della luce da parte di oggetti pi\xc3\xb9 o meno microscopici come le particelle colloidali in liquidi o i solidi polverizzati o il pulviscolo o le molecole dell\'atmosfera._NEWLINE_Un esempio molto comune di diffusione della luce (scattering di Rayleigh) \xc3\xa8 dato dal colore blu del cielo: la luce (bianca) del sole incide sull\'atmosfera terrestre, le cui molecole diffondono con pi\xc3\xb9 facilit\xc3\xa0 le frequenze pi\xc3\xb9 alte (ovvero i colori pi\xc3\xb9 vicini al blu e al violetto); di conseguenza, mentre il grosso della luce ci arriva direttamente dal sole, la luce blu diffusa ci proviene da tutte le direzioni. E il sole che, quasi per definizione, dovrebbe essere perfettamente bianco, ci appare giallastro, perch\xc3\xa9 gli \xc3\xa8 stata sottratta un po\' di luce blu._NEWLINE_Un altro esempio tipico \xc3\xa8 il colore bianco del latte o della farina o delle nuvole: in questo caso le particelle del latte o della farina, o le goccioline d\'acqua delle nuvole, diffondono uniformemente tutte le frequenze e, siccome il processo si ripete moltissime volte all\'interno del mezzo, la direzione di provenienza della luce non \xc3\xa8 pi\xc3\xb9 riconoscibile e il mezzo assume un colore bianco._NEWLINE_Ma la diffusione che ci \xc3\xa8 di gran lunga pi\xc3\xb9 familiare \xc3\xa8 la riflessione diffusa che viene dalla superficie dei solidi che influenza quasi tutto ci\xc3\xb2 che noi vediamo quotidianamente. Tranne gli oggetti riflettenti e quelli trasparenti (o comunque "limpidi", anche se colorati), come vetri, specchi, liquidi limpidi, metalli lucidati, tutte le altre cose "opache" mandano al nostro occhio quasi solo luce diffusa, bianca, grigia o colorata a seconda se sulla loro superficie la luce incidente \xc3\xa8 stata solo dispersa o anche assorbita pi\xc3\xb9 o meno selettivamente. Possiamo anzi dire che se non ci fosse la diffusione l\'aspetto del mondo sarebbe completamente diverso, e ci sembrerebbe di vivere in un gigantesco magazzino di cristallerie, sia pure con parecchi oggetti neri e qualche vetro colorato.\n_START_SECTION_\nLa diffusione multipla\n_START_PARAGRAPH_\nSi definiscono fenomeni di diffusione multipla quei casi dove le particelle (o la luce) subiscono, all\'interno del mezzo, un numero molto alto di eventi di diffusione. In questi casi gli effetti complessivi sono spesso dominati pi\xc3\xb9 da effetti di media che dalle propriet\xc3\xa0 particolare dei singoli eventi._NEWLINE__NEWLINE_Un parametro fondamentale per descrivere la diffusione multipla \xc3\xa8 il cammino libero medio , definito come la distanza media fra due eventi di urto successivi._NEWLINE_Data l\'estrema complicazione matematica questi fenomeni vengono di solito trattati attraverso delle ipotesi semplificative. Nel novembre 2004, ad esempio, \xc3\xa8 stato proposto un modello che spiega la polarizzazione della luce diffusa dal cielo sereno tramite un\'equazione di quarto grado, ottenuta tramite la teoria delle singolarit\xc3\xa0.\n_START_SECTION_\nApprossimazione di mezzo effettivo\n_START_PARAGRAPH_\nQuando sia le dimensioni degli scatteratori sia il cammino libero medio sono molto minori della lunghezza d\'onda della luce questa non \xc3\xa8 in grado di risolvere le variazioni microscopiche della polarizzabilit\xc3\xa0 e quindi vede un mezzo omogeneo. In questo caso vale l\'approssimazione del mezzo effettivo equivalente (EMT, Effective Medium Theory), ovvero si pu\xc3\xb2 pensare di sostituire al mezzo reale un mezzo omogeneo le cui caratteristiche (prima fra tutte l\'indice di rifrazione) dipendono dalla media delle propriet\xc3\xa0 microscopiche del mezzo reale. Quest\'approssimazione \xc3\xa8 valida in genere per i liquidi e per i solidi amorfi (vetri), che sono di solito omogenei e hanno distanze interatomiche molto minori della lunghezza d\'onda della luce, e porta, come soluzione, alle ben note leggi dell\'ottica geometrica. La maggior parte dei solidi, invece, sono policristallini o, se organici, sono composti di fibre o di cellule che li rendono disomogenei su una scala che, anche se \xc3\xa8 microscopica, \xc3\xa8 superiore o confrontabile con la lunghezza d\'onda della luce. Questa approssimazione non \xc3\xa8 quasi mai verificata per lo scattering multiplo delle particelle perch\xc3\xa9 la lunghezza d\'onda di Schr\xc3\xb6dinger a esse associata \xc3\xa8 dell\'ordine delle distanze interatomiche o minore.\n_START_SECTION_\nApprossimazione diffusiva\n_START_PARAGRAPH_\nQuando il cammino libero medio  \xc3\xa8 molto maggiore della lunghezza d\'onda della luce i singoli eventi di scattering possono essere considerati come indipendenti e casuali. A meno che la sezione d\'urto non abbia delle divergenze (come accade ad esempio nei cristalli liquidi) il teorema del limite centrale ci dice che la sezione d\'urto media vista dalla luce sar\xc3\xa0 di tipo gaussiano e quindi potremo descrivere la propagazione della luce tramite l\'equazione di diffusione._NEWLINE__NEWLINE_Nel caso di particelle classiche il processo diffusivo si ha come conseguenza del moto browniano che la particella segue a causa degli urti (statisticamente indipendenti) con le particelle che costituiscono il mezzo in cui si muove.\n_START_SECTION_\nOttica mesoscopica\n_START_PARAGRAPH_\nQuando il cammino libero medio  \xc3\xa8 confrontabile con la lunghezza d\'onda della luce o delle particelle diffuse le approssimazioni discusse qui sopra non sono pi\xc3\xb9 valide. In questi casi gli effetti di interferenza giocano un ruolo cruciale e sorgono molti fenomeni controintuitivi e, a oggi, soggetti a un\'intensa attivit\xc3\xa0 di ricerca._NEWLINE_Se la lunghezza di coerenza della luce \xc3\xa8 superiore alle dimensioni caratteristiche coinvolte nel fenomeno, come per esempio la dimensione del campione o la lunghezza del percorso della luce, allora i fenomeni di interferenza si mostrano appieno. Se inoltre le dimensioni pi\xc3\xb9 piccole coinvolte sono pi\xc3\xb9 lunghe della lunghezza d\'onda della luce, allora delle propriet\xc3\xa0 microscopiche sopravvive solo la media. Quando queste due condizioni sono soddisfatte contemporaneamente, si parla di regime mesoscopico.\n_START_SECTION_\nLo speckle\n_START_PARAGRAPH_\n\xc3\x88 un fenomeno ben noto in ottica sin dai primi studi sui laser. Illuminando con una sorgente di luce coerente, come un laser, una lastra di un materiale fortemente disperdente (in molti casi basta un foglio di carta bianca) si osserva che la luce trasmessa non \xc3\xa8 distribuita in maniera continua, come ci si aspetterebbe dal modello diffusivo, ma \xc3\xa8 composta da picchi di intensit\xc3\xa0 molto grande su di uno sfondo quasi nero. Questi sono l\'effetto dell\'interferenza fra i vari cammini che la luce pu\xc3\xb2 seguire all\'interno del mezzo e che si sommano costruttivamente solo per alcune direzioni e non per altre.\n_START_SECTION_\nIl cono di retrodiffusione coerente\n_START_PARAGRAPH_\nQuando un\'onda incide su di un sistema disordinato e subisce un gran numero di eventi di dispersione c\'\xc3\xa8 una probabilit\xc3\xa0 non nulla che riemerga dalla stessa faccia del mezzo da cui \xc3\xa8 entrata (in questo caso si dice che l\'onda \xc3\xa8 riflessa). Durante il percorso all\'interno del mezzo quest\'onda subir\xc3\xa0 una certa variazione di fase, in parte dovuta ai singoli eventi di scattering, in parte dovuta alla propagazione libera e quindi il fascio incidente e quello riflesso non avranno una relazione di fase ben definita (si dice che i due fasci non sono coerenti). Per via della simmetria per inversione temporale delle leggi fisiche che regolano lo scattering un\'onda che percorresse esattamente lo stesso percorso, ma in senso contrario, subirebbe la stessa variazione di fase; questo vuol dire che le due onde che percorrono esattamente lo stesso cammino ma in senso opposto mantengono il proprio accordo di fase e quindi andranno a dare interferenza costruttiva._NEWLINE__NEWLINE_Assumendo di prendere in considerazione tre punti (,  e ) i possibili cammini per le onde riflesse saranno: , , , , , . Simbolicamente possiamo scrivere l\'intensit\xc3\xa0 totale riflessa come:_NEWLINE_   dove  rappresenta il complesso coniugato._NEWLINE__NEWLINE_I termini misti del tipo  rappresentano la parte di interferenza casuale dovuta alla particolare realizzazione del disordine nel campione e alla scelta arbitraria dei punti e d\xc3\xa0 luogo allo speckle. Questi termini si annullano se facciamo una media su tutte le possibili configurazioni del sistema. Al contrario i termini del tipo  danno sempre luogo a interferenza costruttiva per ogni configurazione. Ricordandosi che all\'interno del mezzo i due fasci subiranno la stessa variazione di fase \xc3\xa8 facile vedere che se A e B hanno la stessa ampiezza in entrata (ovvero provengono dalla stessa sorgente) si pu\xc3\xb2 scrivere_NEWLINE_ dove  e  sono i vettori d\'onda iniziali e finali dei due fasci. Ovviamente questo termine sar\xc3\xa0 massimo quando  (ovvero ) e andr\xc3\xa0 a diminuire all\'aumentare dell\'angolo fra i due fasci. In questo senso si pu\xc3\xb2 parlare di un cono di retrodiffusione coerente._NEWLINE__NEWLINE_Il profilo angolare del cono pu\xc3\xb2 essere calcolato sommando su tutti i possibili percorsi che la luce pu\xc3\xb2 compiere nel mezzo e integrando sul tempo._NEWLINE__NEWLINE_Misure di apertura angolare del cono di retrodiffusione coerente vengono utilizzate per misurare il coefficiente di diffusione di materia di mezzi fortemente disperdenti._NEWLINE_n.b._NEWLINE__NEWLINE_Ci sono situazioni, ad esempio la presenza di un forte campo magnetico, che rendono il sistema non reciproco, ovvero la fase accumulata percorrendo un dato cammino in un senso o in un altro \xc3\xa8 diversa. In questi casi non si osserva il fenomeno del cono di retrodiffusione coerente.\n_START_SECTION_\nLa localizzazione di Anderson\n_START_PARAGRAPH_\nProposta per la prima volta da P.W. Anderson nel 1958 (in un articolo che gli valse il Premio Nobel per la fisica nel 1977) la localizzazione di Anderson \xc3\xa8 un fenomeno dove il normale trasporto diffusivo delle onde (non solo elettromagnetiche ma anche onde di Schr\xc3\xb6dinger, ovvero elettroni, onde di spin e cos\xc3\xac via) viene inibito dalla presenza di un forte disordine. Le onde vengono in effetti confinate in una regione limitata del sistema._NEWLINE__NEWLINE_Questo ha alcune conseguenze decisamente controintuitive come ad esempio il fatto che il sistema non possa raggiungere l\'equilibrio termodinamico e che la resistenza di un mezzo in regime di localizzazione cresca esponenzialmente (invece che linearmente come previsto dalla celeberrima legge di Ohm)._NEWLINE__NEWLINE_Attualmente la localizzazione di Anderson \xc3\xa8 oggetto di un acceso dibattito nella comunit\xc3\xa0 scientifica internazionale e molte delle sue propriet\xc3\xa0 non sono ancora chiare.'