Quando la luce laser è sufficientemente intensa e tutti i parametri sono corretti, le particelle intrappolate (verde) potrebbero convertire in modo efficiente l’energia laser (superfici rosse, arancioni e gialle) in una cascata di fotoni a energia ultra-elevata (in rosa). Crediti: Arkady Gonoskov
Per ora è solo sulla carta, ma promette di produrre a comando raggi gamma ad altissima energia: non soltanto più alta di quella mai raggiunta fino a oggi, ma anche di quella ritenuta possibile con le tecnologie attuali. Parliamo di fotoni un miliardo di volte più energetici di quelli della luce visibile. A generarli, se la teoria verrà confermata, sarà il nuovo processo sull’ultimo numero di Physical Review X e messo a punto con modelli numerici e simulazioni al computer dai ricercatori della Chalmers University of Technology svedese, della Lobachevsky University russa e dell’Università di Plymouth nel Regno Unito.
La produzione in laboratorio di fotoni gamma avviene bombardando atomi con impulsi laser ad alta energia. Una particella carica può infatti assorbire i fotoni dell’impulso laser e, cedendo una parte della propria energia, riemettere fotoni a un’energia molto più elevata. Ma esistono limiti fisici apparentemente insormontabili, in questo processo, al livello di energia che si può riuscire a ottenere: la produzione di fotoni ad alta energia innesca infatti una “valanga” – una produzione a cascata – di coppie di materia-antimateria (nella fattispecie, elettroni-positroni) che, generando più fotoni, sottrae rapidamente energia dal sistema.
Ma i ricercatori hanno dimostrato – per ora solo teoricamente – che, utilizzando impulsi laser molto potenti e particolari “trappole” radiative (le anomalous radiative trapping) in grado di confinare la materia colpita dagli impulsi laser, si può ottenere una sorgente di fotoni di energie fino al GeV. «La nube di particelle confinate nella trappola riesce a convertire in modo efficiente l’energia laser in una cascata di fotoni ad alta energia. È stupefacente come i fotoni prodotti in questo modo possano raggiungere energie così elevate», dice uno dei coautori della ricerca, Mattias Marklund, della Chalmers University.
Per passare dalle simulazioni alla realtà e innescare il nuovo processo, occorrono laser da almeno 7-10 petawatt. Potenze mostruose, ma che presto dovrebbero diventare disponibili, per esempio in facilities come quelle del Lawrence Livermore National Laboratory statunitense oppure – dice il primo autore dello studio, Arkady Gonoskov della Chalmers University – l’Exawatt Center for Extreme Light Studies russo.
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review X l’articolo “Ultrabright GeV Photon Source via Controlled Electromagnetic Cascades in Laser-Dipole Waves”, di A. Gonoskov, A. Bashinov, S. Bastrakov, E. Efimenko, A. Ilderton, A. Kim, M. Marklund, I. Meyerov, A. Muraviev e A. Sergeev