Sviluppato fascio di elettroni petawatt pronto a fare a pezzi materia e spazio

Roma – I ricercatori dello SLAC National Accelerator Laboratory, USA, hanno prodotto impulsi di elettroni con una potenza straordinaria – misurata in petawatt – che potrebbero avere applicazioni spettacolari. I loro risultati sono stati riportati su Physical Review Letters. “Abbiamo ottenuto i fasci di elettroni con la corrente più alta e la potenza di picco più alta mai generati – ha dichiarato Claudio Emma, che ha guidato lo studio – e lo abbiamo fatto semplicemente impacchettando una grande quantità di carica in un periodo di tempo molto breve”. I nuovi impulsi durano un quadrilionesimo di secondo ma trasportano 100 kiloampere di corrente. Emma e i suoi colleghi hanno iniziato con un gruppo di elettroni lunghi 1 millimetro prodotti in un tratto dell’acceleratore lineare originale dello SLAC, vecchio di 62 anni. Gli elettroni guadagnano energia nell’acceleratore “surfando” sulle onde radio che scorrono attraverso una camera a vuoto allungata. Poiché gli elettroni nella parte anteriore del gruppo cavalcano una parte dell’onda leggermente meno ripida rispetto a quelli nella parte posteriore, emergono con meno energia di quelli dietro di loro, una disposizione nota come chirp. Il chirp consente ai fisici di comprimere un fascio di elettroni. Per farlo, lo sparano attraverso una serie di magneti in uno strumento standard chiamato chicane. Proprio come una chicane nelle corse automobilistiche , i magneti fanno deviare rapidamente il raggio (sinistra, destra, destra, sinistra) prima di tornare alla sua traiettoria originale. I magneti deviano gli elettroni a bassa energia più di quelli ad alta energia, quindi gli elettroni a bassa energia fanno un’escursione più grande e lunga prima di tornare sulla retta via. Quel percorso più lungo consente agli elettroni ad alta energia di recuperare, comprimendo il fascio da davanti a dietro. Tuttavia, una chicane standard da sola non può produrre fasci supercorti. Quindi i ricercatori dello SLAC hanno dato una svolta allo schema. Dopo che il gruppo di elettroni è emerso dalla prima sezione dell’acceleratore, è passato attraverso uno speciale magnete chiamato ondulatore. All’interno del magnete, i ricercatori hanno fatto sovrapporre il gruppo con un impulso di luce laser a bassa energia. L’ondulatore ha costretto gli elettroni a muoversi lateralmente, il che a sua volta ha permesso loro di scambiare energia con la luce. Scolpendo la forma dell’impulso laser, i ricercatori hanno potuto aggiungere un ulteriore, più radicale chirp al centro del gruppo di elettroni. Gli scienziati hanno poi fatto passare il gruppo attraverso altri tre segmenti di acceleratore intervallati da chicane, accelerando e comprimendo di nuovo il gruppo alternativamente. Quando l’impulso laser è stato parametrato con cura per adattarsi alle manipolazioni successive, il chirp extra ha prodotto un impulso massiccio di elettroni lungo solo 0,3 micrometri al centro del gruppo. Questo tipo di impulsi ultraintensi potrebbero essere utilizzati per generare plasmi come quelli visti in astrofisica, del tipo dei getti di materia e radiazione che fuoriescono da certe esplosioni stellari a velocità prossime a quella della luce. I ricercatori devono solo sparare il fascio di elettroni sul bersaglio giusto. I gruppi di elettroni superintensi potrebbero un giorno persino sondare la natura dello spazio vuoto. Producono un campo elettrico estremamente intenso, quindi se uno di essi dovesse scontrarsi con un impulso laser ultraintenso, che contiene anche un enorme campo elettrico, esporrebbe lo spazio a una polarizzazione elettrica incredibilmente forte. Se quel campo è abbastanza forte, dovrebbe iniziare a strappare coppie particella-antiparticella dal vuoto, un fenomeno previsto dalla fisica quantistica ma mai osservato. È ancora un obiettivo lontano, ma i ricercatori potrebbero avvicinarsi a un tiro di schioppo se riuscissero a rendere gli impulsi degli elettroni 10 volte più brevi. Emma e i colleghi hanno in programma di fare proprio questo, rendendo il chirp aggiuntivo ancora più rilevante sostituendo il laser con uno schema più complesso che coinvolge una cella di plasma. (30Science.com)