(immagine: Siom)

Da decine di chilometri a pochi metri. Un team cinese del Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (Siom) è riuscito a creare un acceleratore di particelle “mini” (misura solo 12 metri) in grado di alimentare un tipo di laser chiamato laser a elettroni liberi (Fel). “Miniaturizzando” non solo le dimensioni ma anche i costi di realizzazione, questo nuovo strumento rappresenta per gli esperti un passo avanti molto significativo nella direzione della diffusione della tecnologia su più ampia scala, per applicazioni di ricerca e mediche.

Acceleratore wakefield

Come spiegano i ricercatori cinesi dalle pagine di Nature, per poter accelerare le particelle su brevi distanze hanno sfruttato i principi degli acceleratori wakefield al plasma. Hanno diretto impulsi laser contro gas elio per strappare elettroni agli atomi e generare campi elettrici molto forti, più forti di quelli che vengono generati dalle microonde nei classici acceleratori lunghi chilometri, riuscendo in questo modo ad accelerare gli elettroni entro pochi metri.

Uno dei problemi di questa tecnologia è che non tutti gli elettroni hanno la stessa energia, che può variare di qualche punto percentuale. Troppo per poter garantire applicazioni pratiche. Il team cinese però è riuscito a ottimizzarla: ha ridotto la diffusione dell’energia degli elettroni e ne ha controllato l’accelerazione, migliorando la potenza dello strumento e consentendogli di alimentare un laser a elettroni liberi (Fel).

Laser a elettroni liberi

Detto in modo molto semplice, la radiazione luminosa di un Fel è generata da un fascio di elettroni accelerati a velocità relativistiche che, passando attraverso degli ondulatori magnetici, vengono “scossi” ed emettono luce.

Quello che hanno creato a Shanghai è un Fel lungo solo 12 metri, minuscolo rispetto ai suoi “fratelli maggiori”. Basti pensare che il Linac Coherent Light Source presentato nel 2009 allo Slac National Accelerator Laboratory è un Fel alimentato da un acceleratore di particelle lineare lungo 3 chilometri. Anche le sue prestazioni però sono molto diverse: gli impulsi laser prodotti sono più deboli, a lunghezza d’onda maggiore (emettono nell’ultravioletto e non nei raggi X) e se ne riescono a produrre solo 5 al secondo (il Fel dello Slac si sta aggiornando per riuscire a produrne milioni al secondo).

A detta della comunità scientifica, comunque, i risultati raggiunti dal mini Fel del Siom sono davvero impressionanti. L’obiettivo dei ricercatori cinesi è quello di continuare a lavorare sullo strumento per arrivare a un Fel a raggi X in miniatura, che possa in futuro essere impiegato, per esempio, per rilevare la struttura interna della materia in diversi ambiti, dalla fisica alla medicina.

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Il prototipo di un gruppo cinese è lungo appena 12 metri, contro i chilometri degli esemplari più importanti. Servirà per ricerche in campi che vanno dalla fisica alla medicina
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