Accelerare le particelle con un tablet

Particle accelerator that can fit on a tabletop opens new chapter for science research

(Crediti: cortesia di Rafal Zgadzaj).

Un acceleratore di particelle che possiamo comandare da un tablet? No, non è un’ipotesi ma una nuova frontiera per la fisica delle alte energie. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Austin ha pubblicato un articolo sulla rivista Nature Communication in cui si descrive nel dettaglio questa nuova tecnologia. “Abbiamo accelerato circa mezzo miliardo di elettroni a 2 GeV su una distanza di circa 1 pollice”, sostiene Mike Downer, professore di fisica presso la Facoltà di Scienze Naturali di Austin. “Finora quel grado di energia e di concentrazione ha richiesto un acceleratore convenzionale che si estende oltre la lunghezza dei due campi di calcio. Il ridimensionamento è davvero notevole”. 

Ovviamente, per raggiungere i 10 o i 20 GeV la strada è ancora lunga: i ricercatori prevedono di costruire apparecchiature in grado di sostenere questa potenza nell’arco di un ventennio. Per ora, a 2 GeV è possibile convertire gli elettroni in raggi X duri e questo è già un passo avanti soprattutto nello studio delle basi molecolari della materia e nella ricerca ad alta risoluzione in campo nucleare. “I raggi X che saremo in grado di produrre sono sulla scala dei femtosecondi, quella scala temporale su cui le molecole vibrano e le reazioni chimiche avvengono più velocemente”, ha precisato Mike Downer. “Con queste tecnologie avremo l’energia e la luminosità per vedere, ad esempio, la struttura atomica di una singola proteina in un campione vivente”.

Per generare elettroni ad alte energie in grado di produrre raggi X di questo tipo, il team di ricercatori coordinato da Mike Downer ha impiegato un metodo noto come laser-plasma acceleration. Detto semplicemente, si tratta di sparare un breve ma intenso impulso laser in una nuvola di gas (che non sia troppo densa).

Particle accelerator that can fit on a tabletop opens new chapter for science research

Interno della camera a vuoto usata per accelerare gli elettroni. (Crediti: Neil Fazel).

“Per un profano può sembrare bassa tecnologia”, ha dichiarato Mike Downer. “Tutto ciò che c’è da fare è produrre questa piccola nuvola di gas con la giusta densità e profilo. L’impulso laser ionizza il gas formando il plasma imprimendogli una struttura. In questo modo separa gli elettroni dallo sfondo di ioni e crea degli spazi dotati di carica, così le particelle cariche possono emergere fuori dal plasma, rimanendo intrappolate in quei campi. Infine interviene il fascio laser che le accelera”.

L’idea di un acceleratore che sfrutta il laser e il plasma risale al 1970. Vari prototipi sono stati fabbricati e usati fin dagli anni novanta, fermandosi però a 1 GeV. Mike Downer e colleghi sono stati in grado di utilizzare il Texas Petawatt Laser, uno dei più potenti laser al mondo, per superare questa barriera di energia.  Ora non resta che attendere il superamento dei 2 GeV. Fonte:phys.org/news/2013-06-particle-tabletop-chapter-science.html. (Articolo comparso su cyberscienza.it il 22/06/2013).

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