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Un nuovo record europeo nel campo dei raggi X arriva dalla Germania, dove un gruppo internazionale di ricercatori è riuscito a produrre impulsi ultrarapidi di potenza straordinaria sfruttando European XFEL, un gigantesco laser a raggi X. Il traguardo tocca da vicino una delle sfide più complicate della fisica contemporanea, quella di riuscire a osservare gli elettroni mentre si muovono all’interno degli atomi.
La questione non è affatto banale. La fisica moderna si confronta con fenomeni che avvengono su scale sempre più piccole, e studiare il comportamento di queste particelle significa fare i conti con due ostacoli enormi. Il primo è legato alle dimensioni, talmente ridotte da sfuggire a qualsiasi osservazione tradizionale. Il secondo, ancora più insidioso, riguarda la loro velocità. Gli elettroni non stanno fermi ad aspettare di essere osservati e proprio questa rapidità rende il loro studio un rompicapo per chi lavora in laboratorio.
Perché servono lampi di luce così brevi
Per riuscire a catturare il movimento degli elettroni occorrono strumenti in grado di generare lampi di luce estremamente brevi e allo stesso tempo molto concentrati. Parliamo di prestazioni che vanno ben oltre quelle dei normali microscopi, pensati per osservare oggetti piccoli ma non certo per inseguire qualcosa che si sposta a velocità del genere. Il ragionamento ricorda un po’ quello della fotografia. Per immortalare un soggetto che si muove molto in fretta serve un tempo di esposizione ridottissimo, altrimenti l’immagine risulta mossa e illeggibile. Con le particelle subatomiche il principio è simile, solo che i tempi in gioco sono di un ordine completamente diverso e richiedono macchinari di dimensioni e complessità eccezionali.
È qui che entra in scena European XFEL. Si tratta di un laser a raggi X dalle proporzioni gigantesche, costruito in Germania, che ha permesso al team internazionale di compiere un passo avanti considerevole proprio su questo fronte. Il lavoro dei ricercatori si è concentrato su due aspetti fondamentali, ossia la durata degli impulsi e la loro concentrazione in uno spazio minuscolo.
I numeri del record europeo
I valori raggiunti dagli scienziati sono impressionanti, anche se a prima vista possono risultare difficili da interpretare. Il gruppo è riuscito a concentrare impulsi della durata di appena 300 attosecondi in un’area di 180 per 330 nanometri. Il risultato si traduce in un’intensità di picco superiore a 10²⁰ watt per centimetro quadrato, un dato che colloca l’esperimento su livelli di assoluta eccellenza nel panorama europeo.
Per la maggior parte delle persone queste cifre dicono poco, ed è comprensibile. Si tratta di grandezze lontanissime dall’esperienza quotidiana, che sfuggono a qualsiasi paragone immediato. Vale quindi la pena soffermarsi sul concetto di attosecondo, perché è proprio lì che si nasconde la portata di questo risultato. Un attosecondo corrisponde a un miliardesimo di miliardesimo di secondo. Una frazione di tempo talmente piccola da risultare quasi impossibile da immaginare, eppure è proprio su questa scala che si giocano i movimenti degli elettroni all’interno degli atomi. Gli impulsi generati con European XFEL durano appena 300 di queste unità e vengono concentrati in un’area misurata in nanometri, con un’intensità di picco che supera i 10²⁰ watt per centimetro quadrato.
Fonte: TecnoAndroid