Acceleratori tascabili: la rivoluzione tecnologica del micro-X-ray

by Redazione Innovando.News

Nei laboratori di Liverpool una nuova generazione di sorgenti luminose compatte che porta la potenza dei sincrotroni su ogni tavolo da lavoro Rendering concettuale di un acceleratore di particelle in miniatura: microcanali in nanotubi di carbonio guidano elettroni lungo traiettorie elicoidali alimentate da laser a polarizzazione circolare, generando radiazione coerente in uno spazio di pochi micrometri con campi di accelerazione record(Illustrazione: QUASAR Group/University of Liverpool) Nel cuore del Cockcroft Institute dell’Università di Liverpool, un gruppo di fisici guidato dal professor Carsten Patrick Welsch ha compiuto un passo che potrebbe ridefinire il concetto stesso di infrastruttura scientifica. Il loro obiettivo: trasformare microscopici tubicini di carbonio in acceleratori di particelle in miniatura, capaci di generare una radiazione X coerente con una brillantezza paragonabile a quella dei grandi sincrotroni. Secondo i risultati appena accettati per la pubblicazione su “Physical Review Letters”, la squadra di lavoro della QUASAR Group (Quantum Systems and Advanced Accelerator Research) è riuscito a dimostrare, attraverso simulazioni tridimensionali, che un sistema di pochi micrometri può sprigionare campi elettrici di intensità mai osservata prima. Non è casuale che questa rivoluzione scientifica nasca proprio a Liverpool, città simbolo della prima rivoluzione industriale in Gran Bretagna. Qui, dove un tempo le fabbriche di cotone e i cantieri navali segnavano il ritmo dell’innovazione meccanica, oggi i laboratori universitari traducono quello stesso spirito pionieristico nella rivoluzione quantistica, con la luce al posto del vapore e il carbonio al posto del ferro. Dalla luce che ruota alla fisica dei vortici quantistici Alla base dell’innovazione c’è il controllo del moto della luce stessa. Il gruppo britannico utilizza impulsi laser polarizzati circolarmente che, entrando in un minuscolo tubo, aderiscono alla superficie interna generando un vortice elettromagnetico. “Il fascio luminoso forma un campo rotante che intrappola gli elettroni e li costringe a percorrere una traiettoria a spirale, come un cavatappi”, spiega Welsch. “Poiché si muovono in sincronia, gli elettroni emettono radiazione in modo coerente, amplificandone l’intensità di cento volte”. Le simulazioni condotte dal ricercatore Bifeng Lei mostrano gradienti di accelerazione di diversi teravolt per metro, valori impossibili da ottenere con le tecnologie convenzionali. Questo significa che, in un sistema grande quanto un granello di polvere, si può produrre radiazione X nel range dei kilo-elettronvolt, aprendo un ventaglio di possibilità applicative straordinario. La sede del Cockcroft Institute nel campus Sci-Tech Daresbury, cuore britannico della fisica applicata agli acceleratori, unisce università, enti pubblici e industria nello sviluppo di sorgenti compatte di luce coerente per applicazioni in diagnostica, semiconduttori e ricerca dei materiali(Foto: Cockcroft…