Positivo il primo test del laser “portatile” più potente del mondo

Nella notte del 20 luglio 2012, il sistema laser del Berkeley Lab Laser Accelerator (BELLA), che è in fase di completamento presso il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti al Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), ha emesso un impulso dalla potenza di petawatt e della durata di soli 40 femtosecondi, ad una frequenza di un hertz (un impulso ogni secondo). Un petawatt è un milione di miliardi di watt, mentre un femtosecondo è pari ad una frazione di 1 diviso per un milione di miliardi. Nessun altro laser aveva mai raggiunto un picco di potenza simile con una velocità di ricaricamento di un impulso al secondo.

Ma cos’è BELLA? Si tratta di un sistema modulare compatto voluto dal governo americano per poter assemblare laser grandi quanto si vuole. “Questo laser rappresenta un nuovo record mondiale”, ha detto Wim Leemans, a capo del progetto, annunciando in tarda notte il successo alla sua squadra. Leemans ha concepito BELLA nel 2006.

“Le mie congratulazioni al team di BELLA per questo primo segno di successo”, ha detto il direttore del Berkeley Lab Paul Alivisatos. “Questo risultato è un incoraggiante passo avanti verso una futura generazione di acceleratori sempre più piccoli e molto più efficienti, per far rimanere gli USA leader negli strumenti di base della ricerca scientifica”.

Il potente laser infatti sta all’interno di una stanza, misurando pochi metri di lunghezza, ma riesce a fornire potenze alle particelle che colpisce 100 volte più elevate rispetto a sistemi di accelerazione tradizionali. Questo significa che gli acceleratori di particelle lineari costruiti con i nuovi laser BELLA potranno ridursi notevolmente di dimensioni.

“Congratulazioni a tutti voi per questo risultato spettacolare”, ha detto Stephen Gourlay, direttore dell’Accelerator and Fusion Research Division (AFRD) dei Berkeley Lab. “Non è passato tanto da quando BELLA esa solo un sogno, mentre oggi possiamo iniziare a guardare avanti. Grazie a tutti per il duro lavoro e il sostegno che ha reso questo risultato una realtà.”

Leemans dice: “BELLA sarà un eccezionale strumento per promuovere la fisica del laser e le interazioni con la materia. La potenza di picco del laser ci darà accesso a nuove possibilità, come ad esempio lo sviluppo di acceleratori di particelle compatti per la fisica delle alte energie, o i laser ad elettroni da tavolo per sperimentare materiali e sistemi biologici. L’alta frequenza di ripetizione di un singolo impulso del laser ci permetterà di ripetere gli esperimenti entro un termine ragionevole”.

BELLA si basa su anni di ricerca sugli acceleratori laser al plasma. A differenza degli acceleratori convenzionali, che utilizzano campi elettrici modulati per accelerare le particelle cariche come i protoni e gli elettroni, gli acceleratori laser al plasma generano onde di densità di elettroni che si muovono attraverso un plasma, utilizzando un raggio laser per fornire il calore e per guidare le particelle attraverso il plasma. Alcuni degli elettroni liberi del plasma vengono accelerati a energie molto elevate, paragonabili alla velocità della luce.

Grazie al fatto che diversi laser possono essere messi in cascata e che è possibile ottenere plasma anche di antimateria, uno dei progetti più affascinanti consiste nel mettere cento laser in cascata che accelerano elettroni e cento che accelerano positroni (le particelle di antimateria corrispondenti agli elettroni ma con carica positiva). La potenza di ogni fascio sarebbe dell’ordine del Tera elettron Volt.

Facendo scontrare i due fasci si otterrebbero dei fenomeni molto interessanti per lo studio della fisica delle alte energie con uno strumento lungo poche centinaia di metri, una cosa impensabile fino a pochi anni fa.