Come ci dice Wikipedia «un acceleratore di particelle è una macchina il cui scopo è quello di produrre fasci di particelle subatomiche con “elevata” energia cinetica per scopi industriali, medici, studio della struttura dei materiali o per scopi di ricerca», insomma, gli acceleratori di particelle sono uno strumento estremamente complesso per esplorare l’infinitamente piccolo.
L’applicazione di questi strumenti è però notevolmente frenata dalla gestione estremamente delicata degli acceleratori, che hanno dimensioni notevoli e necessitano di enormi quantità di energia (l’acceleratore del CERN in Svizzera è lungo ventisette chilometri).
Almeno fino a poco tempo fa. È notizia recente, infatti, come racconta uno studio pubblicato su Physical Review Letters, che l’università di Rochester ha messo a punto una nuova tecnica laser che permette di ottenere un’elevata potenza in minore spazio. Questo permetterebbe la costruzione di acceleratori di particelle estremamente più piccoli di quelli attuali ma di pari potenza.
Osservare gli elettroni accelerati è fondamentale per comprendere le particelle che compongono il nostro universo. Farlo in un laboratorio comporta dei problemi dovuti al fatto che per impiegare così tanta energia servono acceleratori di grosse dimensioni. Gli scienziati del Laboratory for Laser Energetics (LLE) di Rochester hanno scoperto un metodo per raggiungere l’energia necessaria in distanze molto più contenute. Il progetto per ora è teorico, ma è in fase di realizzazione un prototipo che promette acceleratori di particelle grandi quanto un tavolo da cucina.
Per controllare la struttura degli impulsi luminosi gli scienziati dell’LLE hanno studiato un nuovo tipo di struttura ottica detta echalon. Ha una forma simile a quella di un anfiteatro e sfrutta i suoi “gradini” per creare intervalli di tempo tra gli anelli concentrici di luce emessa da un laser molto potente. Una lente normale focalizza ogni anello di luce a una distanza fissa dalla lente, formando un unico punto ad alta intensità energetica. La lente di EP-OPAL, grazie alla sua forma peculiare, è in grado di focalizzare ogni anello a una distanza diversa così da formare un’intera linea ad alta intensità luminosa invece di un punto singolo.
Con la nuova tecnica laser, quando un impulso luminoso “scolpito” dalla lente echalon entra nel plasma (una “zuppa” di ioni e elettroni liberi) crea una sorta di “onda” o scia, simile a quelle lasciate da un motoscafo nel mare. Mentre questa scia si propaga alla velocità della luce, gli elettroni ne vengono travolti e accelerati, come un surfista sull’onda. Grazie alla lente echalon gli elettroni possono tenere la scia degli impulsi continuamente, mantenendosi accelerati.
