Ripensare la fisica: Silvia Vignolini sul riuscire al confine tra le discipline – Physics World

"Ho sempre preferito le scienze o la matematica alle altre materie a scuola", afferma Silvia Vignolini, "ma non avevo idea di cosa facesse effettivamente un fisico." Cresciuta in una piccola città fuori Firenze, in Italia, il padre di Vignolini voleva infatti che lei studiasse una materia che l'avrebbe portata a “un vero lavoro” e il suo percorso verso la fisica è avvenuto piuttosto per caso. "Avevo un ottimo insegnante di chimica, che ci faceva leggere libri di scienze e li presentava alla classe."

Di conseguenza, il suo interesse per l'argomento – e per l'astrofisica in particolare – è stato stuzzicato dopo che Vignolini ha tenuto un discorso sul lavoro di Stephen Hawking. Una breve storia del tempo. Nonostante non comprendesse gran parte degli argomenti scientifici discussi nel libro, si rifiutò di arrendersi e si rivolse a un'amica che studiava fisica per aiutarla a comprendere i concetti non familiari. Iniziò poi a divorare altri libri di scienza, inclusa la biografia di Galileo di Bertolt Brecht.

Ma a quanto pare, l'incursione di Vignolini nella fisica si basava anche su un altro commento casuale. "Indossavo un maglione largo di mia mamma e pantaloni neri - avevo questo look in stile grunge - e qualcuno disse che sarei stata davvero un'ottima fisica", ricorda ridendo. “Non penso di essere un genio particolare, ma non ho mai messo in dubbio la mia decisione né mi sono chiesto se sarei stato abbastanza bravo. Pensavo che studiare fisica fosse bello, quindi è quello che ho fatto.

Volevo dedicarmi all'astrofisica ma non era così pratico come pensavo, quindi ho deciso di dedicarmi alla luce e all'ottica.

Ha continuato a studiare fisica al Università di Firenze, conseguendo una laurea e un master in materia. "Volevo dedicarmi all'astrofisica ma non era così pratico come pensavo, quindi ho optato per la luce e l'ottica", spiega Vignolini. Ma essendo la prima persona della sua famiglia ad andare all'università, i suoi genitori non erano d'accordo con la sua scelta. Suo padre, infatti, sperava che lei si occupasse di economia e si occupasse delle finanze del negozio di famiglia. "Pensava che la fisica sarebbe stata una perdita di tempo perché non avrei mai trovato un lavoro e, allora, non potevo davvero spiegare cosa facessero i fisici."

Nel 2009 a Vignolini è stato offerto il dottorato di ricerca in fisica ottica presso l'Università degli Studi di Milano Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare (LENS) presso l'Università di Firenze. “Mi dissero che sarebbe stato come la mia tesi di Master ma sarebbe durato tre anni e pagato” ricorda. "Così mi sono detta: 'perché no?'" Attratta dall'opportunità di fare più ricerche e di partecipare a conferenze, Vignolini ammette di essere stata piuttosto ingenua riguardo a cosa avrebbe comportato un dottorato di ricerca. "Non ero come gli studenti di dottorato che incontro adesso che vedono questa come una carriera."

Nuovi incontri

Dopo il dottorato, Vignolini è stata incoraggiata ad andare all'estero e ha finito per fare un post-doc nel Laboratorio Cavendish dell’Università di Cambridge nel Regno Unito. Lavorare con il fisico della materia soffice Ulrich Steiner, ha iniziato a studiare le proprietà ottiche di piante e animali i cui colori vividi non provengono da pigmenti o coloranti ma da strutture su scala nanometrica che diffondono la luce. Ma cambiare campo non è stato facile. "Ho pensato che ci sarei andato perché il laboratorio sembrava davvero bello, ma non ero sicuro che il progetto avrebbe funzionato, quindi ho insistito con il mio supervisore per avere un secondo progetto più basato sulla fisica che prevedesse lo sviluppo di nuovi materiali ottici."

Alla fine, il trasferimento nel Regno Unito si è rivelato un grande successo, aiutato dal diverso approccio alla scienza rispetto a quello del mio paese d’origine. "Mi sono sentita apprezzata ed enormemente motivata perché le persone erano grate per quello che [ho fatto]", dice. “In Italia di solito devi essere grato alle persone per poter lavorare”. Inoltre attribuisce a Cambridge il merito di averle aperto la mente e di aver cambiato il modo in cui fa scienza. “Ora guardo solo alla domanda e agli strumenti e alle persone di cui ho bisogno per risolvere il problema”.

Nel 2014, dopo aver ricevuto una borsa di studio Philip and Patricia Brown Next Generation dall'Università di Cambridge, Vignolini ha formato il proprio gruppo di ricerca all'interno del dipartimento di chimica di Cambridge. Il suo team ha deciso di costruire strutture fotoniche artificiali utilizzando materiali naturali, con la speranza di creare nuovi materiali biodegradabili che possano sostituire i coloranti tradizionali e potenzialmente pericolosi utilizzati, ad esempio, nei cosmetici, nei tessuti e nelle etichette di sicurezza. “Finora abbiamo lavorato intensamente per produrre pigmenti più sostenibili”.

Come nuovo leader del gruppo, è stata aiutata vincendo una borsa di studio David Philip dalla Biotecnologie e Scienze Biologiche (BBSRC) nel 2013 per studiare come le piante producono colori strutturali. Ha anche vinto una media di battuta di “sovvenzione iniziale” dal Consiglio Europeo della Ricerca nel 2015. Tuttavia, Vignolini riconosce che trovare i membri del gruppo è stato impegnativo perché la ricerca è lenta e richiede scienziati che combinino conoscenze di fisica, chimica e biologia.

Trovare modi per replicare il colore strutturale naturale ha un enorme potenziale commerciale e vantaggi ambientali. "Spesso non pensiamo davvero a come vengono prodotti i colori, ma provengono da pigmenti e coloranti sintetici e hanno un costo ambientale enorme", afferma Vignolini. “Fanno un uso elevato di acqua ed energia, possono sfruttare metalli critici o includere sostanze chimiche cancerogene, e molti materiali di scarto finiscono nelle acque reflue e nel nostro oceano”.

Desiderosa di commercializzare la ricerca svolta nel suo laboratorio, nel 2022 Vignolini ha contribuito a co-fondare due società spin-out. Sparxell è guidato da Benjamin Droguet – uno degli ex dottorandi di Vignolini – e sta cercando di replicare su larga scala i colori strutturali della cellulosa per realizzare pigmenti colorati e glitter di origine vegetale (Nature Materials 21 352). L'altra compagnia - Materiali impossibili – è guidata da un ex post-doc del suo gruppo, Luca Schertel, e sta commercializzando i pigmenti bianchi ispirati al Sud-Est asiatico Cifochilo scarafaggio (ACS Nano 16 (5) 7373).

Vignolini è felice che la sua ricerca si stia facendo strada nel mondo reale, ma è anche orgogliosa del fatto che gli studenti e i dottorandi del suo gruppo abbiano un impatto. "Spero che la nostra tecnologia possa essere positiva per il pianeta e il problema del riscaldamento globale, e per continuare a trarre il meglio dalle persone", afferma. "Il mentoring è la parte più importante del mio lavoro."

Dirigere un dipartimento

Nel gennaio 2023 Vignolini era direttore nominato di un nuovo dipartimento presso l' Istituto Max Planck di colloidi e interfacce (MPICI) a Potsdam, in Germania, dedicato ai materiali sostenibili e di ispirazione bio. Prima regista donna dell'MPICI, attualmente viaggia avanti e indietro tra il Regno Unito e la Germania e alleva anche due bambini piccoli. “Non mi aspettavo che il lavoro sarebbe stato diverso, ma in realtà lo è. Nel mio gruppo di ricerca ho aiutato altre persone e qui si tratta di costruire qualcosa per gli altri", afferma.

Le discipline scientifiche non devono avere confini distinti, sono tutte intrecciate e devi mantenere una mente aperta

Mentre è ancora agli inizi della sua carriera in Germania, Vignolini sta costruendo da zero una sala per microscopi elettronici e sta cercando una nuova squadra. “Ci vuole tempo per trovare le persone giuste. Alcuni membri del gruppo di Cambridge si trasferiranno qui da settembre e altri stanno cercando altre posizioni», spiega Vignolini. "Il piano è di trasferirmi al 100% qui, ma sto finendo alcuni progetti a Cambridge e sto ancora facendo da mentore agli studenti."

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In Germania Vignolini svilupperà anche un altro campo di ricerca denominato “materia sim-bionica”, che implica osservare come gli organismi cooperano per raccogliere e manipolare la luce. Esiste una specie di lumaca di mare verde, ad esempio, che sequestra i cloroplasti viventi dalle alghe di cui si nutre in modo che la fotosintesi possa continuare all'interno delle cellule della lumaca. "Le discipline scientifiche non devono avere confini netti, anzi, sono tutte intrecciate e bisogna mantenere una mente aperta", afferma. “Non vedo più cosa sia la chimica, la fisica o la biologia; Adotto un approccio più ampio e credo che questo sia il modo in cui progredisce la conoscenza scientifica”.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/rethinking-physics-silvia-vignolini-on-succeeding-at-the-boundary-between-disciplines/