Gli acceleratori di plasma DESY funzionano stabilmente per ore

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Acceleratore al plasma funzionante per 30 ore: è svolta per acceleratori di particelle del futuro? Si parla di a “pietra miliare” molto importante raggiunta da un gruppo di ricerca per quanto riguarda il gli acceleratori di particelle del futuro. I ricercatori del DESY hanno fatto infatti funzionare un acceleratore al plasma per più di un giorno facendogli emettere di continuo fasci di elettroni. La nuova linea, sviluppata collaborazione con gli esperti dell’Università di Amburgo, ha funzionato infatti per 30 ore consecutive.

Sono stati gli stessi scienziati ad interrompere il flusso dopo 30 ore: il sistema avrebbe potuto funzionare ancora più a lungo, come riferiscono gli stessi ricercatori. È da tempo che fisici e scienziati sperano che la tecnica dell’accelerazione laser al plasma possa contribuire ad aprire la strada ad una nuova, innovativa generazione di acceleratori di particelle. Gli acceleratori al plasma potrebbero infatti rivelarsi più potenti e compatti e permettere una ampia varietà di esperimenti e di utilizzi.

Schema del funzionamento in un acceleratore al plasma laser: un forte laser (rosso) genera un'onda di plasma (blu) che attraversa un gas di idrogeno strappando gli elettroni dalle molecole. Gli stessi elettroni sfruttano poi l'onda per spingersi ad energie molto alte (credito: DESY, Science Communication Lab)
Schema del funzionamento in un acceleratore al plasma laser: un forte laser (rosso) genera un’onda di plasma (blu) che attraversa un gas di idrogeno strappando gli elettroni dalle molecole. Gli stessi elettroni sfruttano poi l’onda per spingersi ad energie molto alte (credito: DESY, Science Communication Lab)

Un acceleratore al plasma crea una sorta di onda di plasma all’interno di un tubo. Questi impulsi laser ultracorti, facendosi strada, strappano gli elettroni dalle molecole di idrogeno, come spiega Andreas R. Maier, scienziato del DESY e leader del gruppo di ricerca. Proprio Maier parla di un “grande passo avanti” per quanto riguarda i vari tentativi fatti nel corso degli anni di far funzionare un acceleratore al plasma in maniera costante in modo da poter essere utilizzato proficuamente, per esempio, nel settore dell’accelerazione delle particelle.

Lo stesso Maier spiega: “Gli elettroni sulla scia dell’impulso sono accelerati dall’onda di plasma caricata positivamente di fronte a loro, proprio come un wakeboarder cavalca l’onda dietro una barca”.

Un acceleratore al plasma potrebbe raggiungere forze di accelerazione mille volte maggiore di quelle che possono essere raggiunte dal più potenti acceleratori odierni. Una forza maggiore significa un’accelerazione delle particelle maggiore e quindi possibilità migliori di fare scoperte nel campo della fisica delle particelle e delle alte energie o di ottenere risultati più proficui nelle applicazioni mediche ed industriali.

Una delle caratteristiche più ricercate negli acceleratori al plasma stava proprio nella costanza di funzionamento: ora che il team di ricerca di Maier ha raggiunto, almeno in parte, questo scopo la strada verso l’utilizzo di acceleratori al plasma nel settore dei collisori per studiare la fisica delle particelle e in molti altri settori si fa meno difficoltosa.

“Questo lavoro dimostra che gli acceleratori al plasma laser possono generare un output riproducibile e controllabile. Ciò fornisce una base concreta per sviluppare ulteriormente questa tecnologia, al fine di costruire future sorgenti luminose basate su acceleratori al DESY e altrove”, spiega ancora Wim Leemans, direttore della Divisione acceleratori di DESY.

Approfondimenti:
DESY News: World record: Plasma accelerator operates right around the clock – Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY (IA)
Phys. Rev. X 10, 031039 (2020) – Decoding Sources of Energy Variability in a Laser-Plasma Accelerator (IA) (DOI: 10.1103/PhysRevX.10.031039)

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