Il laboratorio nazionale per l'accelerazione SLAC negli Stati Uniti ha realizzato un'impresa senza precedenti, battendo ogni record di potenza di un fascio di elettroni. Con una concentrazione di corrente ultra-elevata di circa 100.000 ampere in un attimo infinitesimale, il nuovo acceleratore lineare FACET-II ha superato di ben cinque volte il precedente limite di intensità di campo.

Questa incredibile vittoria scientifica è stata ottenuta tramite una tecnica innovativa che consente di condurre catene di elettroni su un percorso magnetico, comprimendoli fino a generare più di un petawatt di potenza in un tempo straordinariamente breve: un milionesimo di miliardesimo di secondo. Tale livello di energia potrebbe aprire nuove strade nella ricerca fisica, permettendo esperimenti su particelle subatomiche mai realizzati prima.

Gli acceleratori di particelle, fondamentali per la fisica moderna da quasi un secolo, sfruttano campi elettromagnetici per accelerare particelle cariche a velocità prossime a quelle della luce. Quando queste particelle deviano, emettono fotoni a raggi X ad alta energia, essenziali per ottenere immagini dettagliate dei materiali. Tuttavia, quando si pongono ostacoli magnetici di fronte a questo fascio, l'energia derivante dalle collisioni dei campi potrebbe addirittura generare nuove particelle dal "vuoto quantistico".

Per massimizzare l'intensità dei lampi di luce e le collisioni energetiche, è necessaria energia aggiuntiva. Tradizionalmente, ciò si ottiene aumentando la velocità delle particelle o comprimendole in periodi di tempo sempre più brevi, ma il team di SLAC ha trovato un'altra via. Sebbene gli elettroni viaggino già quasi alla massima velocità, si distribuiscono lungo la pendenza delle onde elettromagnetiche dentro l'acceleratore, con alcuni elettroni in posizioni "basse" e altri in posizioni "alte". Quelli posizionati più in alto hanno più energia quando deviano dalla loro traiettoria, ma i ricercatori hanno dovuto trovare il modo di rallentare quelli in posizione bassa.

Una delle tecniche utilizzate include l'impiego di un ostacolo magnetico che indice le particelle a energia inferiore a seguire percorsi più lunghi. Tuttavia, ogni deviazione porta alla perdita di energia sotto forma di fotoni ad alta frequenza, un problema complicato che il team ha risolto inserendo un secondo dispositivo magnetico, noto come "undulator". Questo dispositivo spinge gli elettroni rapidamente avanti e indietro in direzioni alternate.

Introdotta anche una sorgente di luce laser sapphirina ha permesso di controllare la distribuzione degli elettroni in tempo reale. Questa sinergia tra ondulazioni magnetiche e impulsi di luce ha consentito una modellazione precisa della catena di elettroni, accelerandoli e comprimendoli, recuperando parte dell'energia persa e costringendo gli elettroni a sovrapporsi in uno spazio di appena un terzo di micrometro.

Il risultato è stato un autentico "fulmine in bottiglia", il quale potrebbe rappresentare un significativo passo in avanti nelle tecniche di accelerazione di particelle. Con ulteriori miglioramenti, i ricercatori sperano di confinare più elettroni ad alta velocità in spazi sempre più piccoli, aprendo potenzialmente la strada a innovazioni nel campo della fisica delle particelle. La ricerca di questo eccezionale risultato è stata recentemente pubblicata sulla prestigiosa rivista "Physical Review Letters", segnando una pietra miliare nella nostra comprensione del mondo subatomico.