Un nuovo modo per sfruttare laser e plasmi può offrire ai ricercatori nuovi modi per esplorare lo spazio esterno ed esaminare gli insetti, tumori e ossa sul pianeta Terra.

Il fisico del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) Felicie Albert ha guidato un team internazionale che persegue questo nuovo regime nella ricerca laser, che è stato descritto in a Lettere di revisione fisica ( PRL ) documento pubblicato online il 31 marzo.

Albert e il team hanno trascorso più di due anni a sperimentare nuovi modi per generare raggi X in grado di sondare le dimensioni, densità, pressione e composizione di stati altamente transitori della materia, come quelli che si trovano nei nuclei dei pianeti e nei plasmi di fusione. I plasmi costituiscono il 99 percento dell'universo conosciuto.

I ricercatori hanno studiato la radiazione a raggi X del betatrone, emessi quando gli elettroni vengono accelerati a energie relativistiche e oscillano nell'onda di plasma prodotta dall'interazione di un breve, intenso impulso laser con un gas.

Tradizionalmente, questa sorgente è stata ben studiata per impulsi laser con durate lunghe al femtosecondo (quadrillionesimo di secondo). come il laser Advanced Radiographic Capability (ARC) di LLNL, i ricercatori hanno condotto un esperimento sul Titan Laser presso la Jupiter Laser Facility del laboratorio. Lì hanno osservato radiazioni di raggi X di betatrone guidate da molto più tempo, impulsi laser della durata di picosecondi.

"Per me un picosecondo è per sempre, " Albert ha scherzato. Mentre i picosecondi misurano il tempo in trilionesimi di secondo, questo è lento per un ricercatore che preferisce impulsi laser ancora più brevi.

Il lavoro sperimentale mostra che la nuova sorgente di radiazioni è molto promettente per intraprendere applicazioni in strutture laser internazionali su larga scala, dove potrebbe essere potenzialmente utilizzato per la radiografia a raggi X e l'imaging a contrasto di fase di shock guidati dal laser, spettroscopia di assorbimento e misure di opacità.

Altri colleghi LLNL includono Nuno Lemos, Brad Pollock, Clement Goyon, Arthur Pak, Joseph Ralph e John Moody, insieme ai collaboratori dell'Università della California-Los Angeles, il Laboratorio Nazionale dell'Acceleratore SLAC, Laboratorio Nazionale Lawrence Berkeley, l'Università della California-Berkeley e l'Università di Lisbona in Portogallo.

Albert ha notato che i risultati non si sono rivelati immediatamente come in alcuni esperimenti, e che al team sono servite molte analisi e un duro lavoro per scoprire il nuovo regime.

Notano nel loro articolo l'ampia varietà di potenziali usi della tecnologia:la radiazione a raggi X Betatron guidata da laser a impulso corto è stata utilizzata per scopi biologici e medici, come l'imaging a contrasto di fase a raggi X di insetti e la radiografia a raggi X duri dell'osso. Le sue proprietà uniche lo rendono adatto anche per studiare la dinamica dei plasmi ad alta densità di energia e della materia densa calda - uno stato vicino alle densità dei solidi - e le temperature che si trovano nei nuclei di pianeti giganti come Giove e nei plasmi di fusione a confinamento inerziale.