Radiazione emessa da elettroni altamente relativistici. Alcuni elettroni perdono l'80% della loro energia in una singola emissione. Questo raggio di raggi gamma è molto stretto:se lo puntassi verso un muro di una casa dall'altra parte della strada, farebbe un punto più piccolo della punta del tuo dito. Credito:Marija Vranic, Istituto Superiore Tecnico, Università di Lisbona.
L'antimateria è un materiale esotico che vaporizza quando entra in contatto con la materia normale. Se colpisci una palla da baseball di antimateria con una mazza fatta di materia normale, esploderebbe in un lampo di luce. È raro trovare antimateria sulla Terra, ma si crede che esista negli angoli più remoti dell'universo. Sorprendentemente, l'antimateria può essere creata dal nulla:gli scienziati possono creare esplosioni di materia e antimateria simultaneamente usando una luce estremamente energetica.
In che modo gli scienziati producono l'antimateria? Quando gli elettroni, particelle subatomiche caricate negativamente, si muovono avanti e indietro emanano luce. Se si muovono molto velocemente, fanno molta luce. Un ottimo modo per farli muovere avanti e indietro è farli esplodere con potenti impulsi laser. Gli elettroni diventano veloci quasi quanto la luce, e generano fasci di raggi gamma (Figura 1). I raggi gamma sono come i raggi X, come quelli degli studi medici o delle linee di sicurezza aeroportuali, ma sono molto più piccoli e hanno ancora più energia. Il raggio di luce è molto nitido, circa lo spessore di un ago da cucito anche a pochi metri di distanza dalla sua fonte.
Quando i raggi gamma prodotti dagli elettroni si scontrano, possono creare coppie materia-antimateria:un elettrone e un positrone. Ora, gli scienziati hanno sviluppato un nuovo trucco per creare queste coppie materia-antimateria in modo ancora più efficiente.
"Abbiamo sviluppato una 'trappola ottica' che impedisce agli elettroni di spostarsi troppo lontano dopo aver emesso raggi gamma, ", ha affermato Marija Vranic dell'Università di Lisbona, che presenterà il suo lavoro alla riunione dell'American Physical Society Division of Plasma Physics a Portland, Minerale. "Rimangono intrappolati dove possono essere colpiti di nuovo dai potenti impulsi laser. Questo genera più raggi gamma, che crea ancora più coppie di particelle."
Questo processo si ripete, e il numero di coppie cresce molto velocemente in quella che viene chiamata una "cascata". Il processo continua fino a quando le particelle che si sono create sono molto dense (Figura 2).
Una trappola ottica per plasma materia-antimateria. La trappola è formata da 4 laser, disposti su un piano, tutti andando verso lo stesso punto. Quando i laser si sovrappongono, formano un'onda 2D, con i campi elettrici mostrati in figura. C'è un piccolo oggetto al centro, un nanofilo 100 volte più sottile di un capello umano. Gli elettroni vengono strappati dal filo e accelerati vicino alla velocità della luce. Sono intrappolati nell'onda, quindi quando perdono la maggior parte della loro energia emettendo luce, vengono nuovamente accelerati. I fotoni producono coppie elettrone-positrone, stessi intrappolati. Questo processo può creare un plasma denso di elettroni-positroni che alla fine converte la maggior parte dell'energia laser disponibile in raggi gamma. Credito:Marija Vranic, Istituto Superiore Tecnico, Università di Lisbona
Si pensa che le cascate avvengano naturalmente in angoli remoti dell'universo. Per esempio, le stelle di neutroni in rapida rotazione chiamate pulsar hanno campi magnetici estremamente forti, un trilione di volte più forte dei campi magnetici sulla Terra, che può produrre cascate.
Lo studio delle cascate in laboratorio potrebbe far luce sui misteri legati ai plasmi astrofisici in condizioni estreme. Questi fasci possono anche avere applicazioni industriali e mediche per l'imaging non invasivo ad alto contrasto. Sono necessarie ulteriori ricerche per rendere le fonti più economiche ed efficienti, in modo che possano diventare ampiamente disponibili.
