Lavorare con il laser Gemini. Attestazione:STFC
Combinando potenti laser e raggi X luminosi, I ricercatori di Imperial e STFC hanno dimostrato una tecnica che consentirà nuovi esperimenti estremi.
La nuova tecnica sarebbe in grado di utilizzare un singolo flash a raggi X per acquisire informazioni sulla materia estremamente densa e calda, come si possono trovare all'interno di pianeti giganti gassosi o sulle croste di stelle morte.
Le stesse condizioni si trovano anche negli esperimenti di fusione, che stanno cercando di creare una nuova fonte di energia che imiti il Sole.
La tecnica, segnalato questa settimana in Lettere di revisione fisica , è stato sviluppato da un team guidato da scienziati dell'Imperial College di Londra che lavorano con colleghi tra cui quelli della Central Laser Facility del Regno Unito presso il Science and Technology Facilities Council (STFC) Rutherford Appleton Laboratory, ed è stato finanziato dal Consiglio europeo della ricerca.
I ricercatori volevano migliorare i modi per studiare la "materia calda e densa", materia che ha la stessa densità di un solido, ma si scalda fino a 10, 000?C. I ricercatori possono creare materia densa calda in laboratorio, ricreando le condizioni nei cuori dei pianeti o cruciali per il potere di fusione, ma è difficile da studiare.
Accelerare le scoperte
Il team ha utilizzato il laser Gemini, che ha due raggi, uno che può creare le condizioni per la materia densa e calda, e uno in grado di creare raggi X ultracorti e luminosi per sondare le condizioni all'interno della materia calda e densa.
Immagine del burst di raggi X ultracorti in fase di generazione. Un intenso raggio laser entra in una cella a gas (da sinistra), e i raggi X risultanti escono attraverso un foro stenopeico (a destra). Credito:Brendan Bollitore
I precedenti tentativi di utilizzare laser a bassa potenza richiedevano 50-100 lampi a raggi X per ottenere le stesse informazioni che la nuova tecnica può ottenere in un solo lampo. I lampeggi durano solo femtosecondi (quadrilionesimi di secondo), il che significa che la nuova tecnica può rivelare ciò che sta accadendo all'interno della materia densa e calda in tempi molto brevi.
Primo autore Dr. Brendan Kettle, dal Dipartimento di Fisica dell'Imperial, ha dichiarato:"Ora saremo in grado di sondare la materia densa e calda in modo molto più efficiente e con una risoluzione senza precedenti, che potrebbe accelerare le scoperte negli esperimenti di fusione e nell'astrofisica, come la struttura interna e l'evoluzione dei pianeti inclusa la Terra stessa".
La tecnica potrebbe essere utilizzata anche per sondare le condizioni in rapida evoluzione all'interno di nuovi tipi di batterie e dispositivi di memorizzazione.
Rispondere alle domande chiave
Nel nuovo studio, il team ha usato la loro tecnica per esaminare un campione riscaldato di titanio, dimostrando con successo che poteva misurare la distribuzione di elettroni e ioni.
Il ricercatore capo Dr. Stuart Mangles, dal Dipartimento di Fisica dell'Imperial, ha dichiarato:"Stiamo pianificando di utilizzare la tecnica per rispondere a domande chiave su come gli elettroni e gli ioni in questa materia calda e densa 'parlano' tra loro, e quanto velocemente l'energia può trasferire dagli elettroni agli ioni."
Il laser Gemini della Central Laser Facility è attualmente uno dei pochi posti in cui è possibile creare le giuste condizioni per la tecnica, ma quando nuove strutture iniziano a funzionare in tutto il mondo, il team spera che la tecnica possa essere ampliata e utilizzata per eseguire un'intera nuova classe di esperimenti.
Dott. Rajeev Pattathil, Gemini Group Leader presso la Central Laser Facility, ha dichiarato:"Con i flash a raggi X ultracorti possiamo ottenere un focus fermo immagine sui processi transitori o dinamici nei materiali, rivelando nuove informazioni fondamentali sui materiali qui e nell'Universo più ampio, e specialmente quelli in condizioni estreme."
