Il laser a raggi gamma si avvicina ancora di più alla realtà
La costruzione di un laser a raggi gamma è stata una sfida di lunga data per gli scienziati. Proprio come un normale laser produce raggi coerenti di luce visibile, il molto discusso ma non ancora realizzato dispositivo produce raggi gamma coerenti, preannunciando una nuova generazione di tecnologia per la ricerca e l’industria. Fino a oggi, la produzione di fotoni gamma coerenti è stata ostacolata da meccanismi fondamentali o da limitazioni tecnologiche. Nell’ambito del progetto GAMMALAS (Towards gamma-ray lasers via super-radiance in a Bose-Einstein condensate of 135mCs isomers), finanziato dall’UE, un team di ricercatori ha elaborato una proposta per la produzione di fotoni gamma coerenti che supera alcuni dei problemi più difficili. Processo «freddo» per l’emissione di raggi gamma La nuova proposta di GAMMALAS per un tale dispositivo è realizzabile con la tecnologia attuale. «L’approccio si basa sul raffreddamento laser e sull’intrappolamento magneto-ottico dei nuclei di cesio. A differenza di altri possibili candidati, il cesio è assolutamente adatto alla tecnica proposta», afferma il prof. Ferruccio Renzoni. «L’idea era di produrre un condensato di Bose-Einstein di isomeri di cesio dopo averli raffreddati a 100 nano-Kelvin. A temperature estremamente basse, gli atomi con nuclei eccitati iniziano a mostrare proprietà puramente quantiche, in particolare la coerenza spaziale», spiega ancora il prof. Renzoni. «In questo stato, i nuclei eccitati emettono la loro energia simultaneamente, innescando una potente esplosione di radiazioni gamma coerenti». L’approccio del gruppo di ricerca supera tre problemi principali: accumulare un gran numero di nuclei isomerici, restringere la linea di emissione del raggio laser e superare i limiti teorici della densità di potenza dei fotoni. Presso l’Accelerator Laboratory dell’Università di Jyväskylä in Finlandia, GAMMALAS ha anche realizzato una struttura sperimentale per il raffreddamento laser degli isotopi di cesio radioattivo e per la produzione di radiazioni gamma coerenti. In quella sede, un acceleratore di particelle (ciclotrone) produce nuclei di cesio instabili. Il cesio viene quindi neutralizzato mediante l’aggiunta di un elettrone esterno attraverso l'impianto di una sottile lamina. Il sistema laser di nuova concezione intrappola e raffredda il cesio-135 e altri isotopi desiderati fino a circa 150 micro-Kelvin. Se tutto procede secondo i piani, il primo test di intrappolamento del cesio-135 è previsto per la fine della primavera 2018. La luce definitiva La possibilità di produrre fotoni gamma coerenti consentirà agli scienziati di studiare diversi target fondamentali in fisica e in generale. Indubbiamente, i vantaggi di una tale rivoluzionaria tecnologia saranno notevoli. «I risultati di GAMMALAS spianeranno la strada per ulteriori indagini sulla materia nucleare ultra-fredda, una fusione tra fisica atomica e fisica nucleare. Inoltre, i raggi gamma coerenti consentiranno la spettroscopia gamma ad alta risoluzione e agevoleranno il tracciamento di isotopi pericolosi, esplosivi o radioattivi», conclude il prof. Renzoni. La radiazione gamma coerente potrebbe anche aprire diverse applicazioni utili nella vita di tutti i giorni. Ad esempio, consentirà un imaging ultra-preciso che avrà un impatto notevole sul nostro approccio alla gestione della radioterapia stereotassica per un più efficace trattamento dei tumori cerebrali. Anche il settore dell’energia potrà beneficiare dai fotoni gamma coerenti su richiesta. La conservazione e il recupero di energia dai nuclei isomerici potrebbe rivoluzionare la tecnologia delle batterie, poiché la densità dell’energia può aumentare di diversi ordini di grandezza.
Parole chiave
GAMMALAS, cesio, laser a raggi gamma, radiazione gamma coerente, isomeri, raffreddamento laser, spettroscopia gamma, radioterapia
