Theodor Wolfgang Hänsch
Il padre, negoziante di macchine per l’agricoltura, e la madre, casalinga, si erano trasferiti ad Heildelberg da Breslau qualche anno prima della sua nascita. Durante la guerra e subito dopo furono per loro anni difficili, ma fu educato dal padre, da tempo disilluso dalla politica nazista, in modo libero e critico verso il potere.
Ad Heildelberg viveva nella casa che era appartenuta a Robert Bunsen e si incuriosì sul lavoro di quell’uomo che aveva una via a lui dedicata; iniziò così ad interessarsi di scienza: con un becco Bunsen osservava i colori della fiamma del sodio e il padre gli spiegò che dipendevano dal tipo di atomo.
Dal 1952 frequentò l’Helmholtz Gymnasium ad Heildelberg e aumentò I suoi interessi scientifici con letture ed esperimenti, prima di chimica e poi, dopo una esplosione accidentale, di fisica ed elettronica. Costruì un rivelatore Geiger con l’aiuto di un assistente del laboratorio di fisica nucleare dell’Università di Heidelberg, venendo così a contatto con il mondo della vera ricerca, e decise la sua strada.
Nel 1961 si iscrisse a Fisica all’Università di Heidelberg; dapprima iniziò un lavoro di ricerca per la tesi in fisica delle particelle, ma dopo aver partecipato ad un congresso della Società Tedesca di Fisica, rendendosi conto che quel tipo di ricerca richiedeva gruppi numerosi e grandi macchine, cambiò argomento e fu affascinato dai laser, da poco inventati.
Entrò nel gruppo di ricerca sui laser a gas di Peter Toschek, un allievo di Wolfgang Paul (Premio Nobel 1989, per l’intrappolamento di ioni). I laser non erano ancora commercializzati e quindi si doveva costruire tutto da zero; impostò il suo lavoro di tesi sui fenomeni di saturazione nel gas dei laser e, dopo il 1966, continuò la ricerca per il dottorato sullo stesso argomento.
Dopo il dottorato, conseguito con lode nel 1969, pubblicò i risultati, che daranno inizio alla comprensione di fenomeni allora ancora inspiegati su transizioni laser anomale, in un lavoro con Peter Toschek.
Dopo un altro anno ad Heildelberg come assistente del prof. Christoph Schmelzer, lasciò la Germania, con una borsa NATO postdottorato, per recarsi negli Stati Uniti a Stanford nel laboratorio di Arthur L. Schawlow, uno degli inventori del laser.
Durante il viaggio verso la California si fermò a visitare i famosi Bell Laboratories a Holmdel, dove vide nuovi tipi di laser pulsati a secco e propose a Schawlow di lavorare alla costruzione di laser così monocromatici da potere essere impiegati per la spettroscopia delle righe di assorbimento di gas.
A Stanford l’atmosfera intellettuale era unica – con scienziati tipo Felix Bloch, Robert Hofstadter e con Arthur L. Schawlow che ripeteva che per trovare qualcosa di nuovo non occorreva sapere tutto sull’argomento – atmosfera molto diversa dal mito dell’organizzazione che conosceva in Germania e più congeniale al suo spirito indipendente.
Lavorò allo sviluppo di laser altamente monocromatici, usando metodi di ottica classica, raggiungendo una larghezza di riga spettrale di 0,0004 nm, permettendo così misure precise delle righe di risonanza atomiche dei gas (metodo di Hänsch-Bordé).
Si dedicarono in particolare alla riga rossa α di Balmer dell’atomo di idrogeno, un problema per gli spettroscopisti dagli anni 30, per possibili divergenze dalle previsioni della meccanica quantistica relativistica di Dirac. Le misure poterono risolvere la struttura fine della riga rossa, osservando il Lamb-shift 2S direttamente, e alcuni anni dopo permisero la misura della costante di Rydberg migliorandola di un ordine di grandezza.
Dopo tali scoperte e il premio di ‘Scienziato dell’anno in California’, ricevette numerose offerte di cattedre da Heidelberg, Yale e Harvard, ma decise di restare a Stanford come full Professor dal 1975 e lavorare con Schawlow (premio Nobel 1981 per la spettroscopia laser) per altri 11 anni prima di tornare in Germania.
Con il suo studente Carl Wieman (Premio Nobel 2001 per la condensazione di Bose-Einstein) e insieme a Schawlow, nel 1974 lanciarono l’idea del raffreddamento laser di gas atomici, poi realizzato dieci anni dopo da Steven Chu ai Bell Laboratories. Fu invece il suo relatore di tesi ad Heidelberg, Peter Toschek, che realizzò la tecnica simile di intrappolamento laser di ioni, ideata nel 1975 da Hans Dehmelt (Premio Nobel per questo nel 1989) e David Wineland (Premio Nobel 2012 con Serge Haroche).
A Stanford venne a conoscenza dei primi microcomputer, prodotti grazie ai microprocessori della vicina Intel, e allo Stanford Computer Club conobbe Bill Gates, mentre Steve Jobs fu un suo allievo del corso di base di elettricità e magnetismo. Nel 1976 comprò uno dei primi Apple I, e fu colpito dalla ‘febbre’ dei computer, producendo e vendendo anche software per il TRS80.
Nel 1986, dopo due anni di tentennamenti, accettò di tornare in Germania alla cattedra di Fisica Sperimentale della Università Ludwig-Maximilians di Monaco, con l’incarico di fondare una nuova Divisione di Spettroscopia Laser al Max Planck-Institut di Ottica Quantistica di Garching.
Nonostante il drastico cambio nel tipo di lavoro, dalla ricerca con un piccolo gruppo di studenti all’organizzazione di interi gruppi di ricerca con decine di assistenti e dottorandi e ampi fondi a disposizione, volle continuare una sua attività personale di ricerca.
Nel 1986 aveva conosciuto Gerd Binnig (premio Nobel 1986), inventore del microscopio ad effetto tunnel e lo invitò a Garching per unire la microscopia ad effetto tunnel con la spettroscopia laser, un’idea che non si rivelò realizzabile.
Si dedicò quindi alla nuova fisica degli atomi ultrafreddi, ottenendo condensati di Bose-Einstein di rubidio nel 1998, con nuove tecniche di raffreddamento laser (secondo gruppo fuori dagli USA).
Non abbandonò tuttavia, insieme a numerosi studenti, la ricerca sulla spettroscopia laser di precisione, realizzando divisori di intervallo di frequenza (‘optical frequency comb’) sempre più accurati, che hanno permesso di ottenere nuovi e più precisi valori della costante di Rydberg e test della QED, come misure più precise del Lamb shift o del raggio della carica del protone.
A partire dal 1997 gli sforzi di misurare la frequenza della luce laser portarono alla nascita dei Femtosecond laser optical frequency combs (https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/467/1/012001), dispositivo con il quale si può confrontare la frequenza del laser con quella degli orologi atomici al cesio. Nel 1999 raggiunsero la precisione di 14 cifre decimali nella misura della frequenza della transizione 1S-2S dell’idrogeno.
Questa tecnica è divenuta lo standard per precise misure di frequenze ottiche e dal 2002 è commercializzata dalla Menlo Systems, ditta spin-off fondata da suoi studenti del Max-Planck-Institut.
Per questi risultati ricevette il Premio Nobel per la Fisica nel 2005 insieme a John Hall for their contributions to the development of laser-based precision spectroscopy, including the optical frequency comb technique (nello stesso anno è stato premiato anche Roy J. Glauber con altra motivazione).
È stato professore ospite dell’Università di Firenze ed ha contribuito a fondare ad Arcetri, insieme a Salvatore Califano e Massimo Inguscio, il LENS, European Laboratory for Nonlinear Spectroscopy. Grazie alla sua amicizia e collaborazione con Sigfrido Leschiutta è stato ed è ancora spesso ospite dell’INRiM di Torino.
Oltre al Nobel ha ricevuto numerosi premi, dall’Accademia delle Scienze USA (1983), dalla American Physical Society, dalla Optical Society of America – OSA (2006), dal Franklin Institute (1986), il Gottfried Wilhelm Leibniz Preis della DFG (1988), massimo riconoscimento scientifico tedesco, il Premio Arthur L. Schawlow per i laser (1996), la Medaglia Matteucci della italiana Accademia Nazionale delle Scienze dei XL (2002). Ha avuto la Croce dell’Ordine al Merito di 1a classe (tedesca) ed è Grande Ufficiale della Repubblica Italiana e Cittadino onorario di Firenze.
È membro onorario della Deutsche Physikalische Gesellschaft, della European Physical Society, della Optical Society of America, dell’Accademia Pontificia delle Scienze, dell’Accademia Leopoldina, dell’Académie des Sciences e Institut de France di Parigi, dell’Accademia Nazionale dei Lincei, delle Accademie delle Scienze di Berlino, della Baviera, USA, del Franklin Institute di Filadelfia, della American Academy of Arts and Sciences, della Optical Society of America e American Physical Society.