L’ultimo risultato degli ingegneri dell’Università di Stanford promette cambiamenti radicali nella medicina, nella fisica e nell’industria attraverso la miniaturizzazione degli acceleratori di particelle. Sviluppato utilizzando la tecnologia di accelerazione sui chip, questo piccolo acceleratore di elettroni mostra il potenziale per un’ampia gamma di applicazioni. Dalla ricerca fisica alle applicazioni mediche e industriali.
Ricercatori di Stanford hanno dimostrato che un acceleratore laser dielettrico al silicio (DLA) può non solo accelerare gli elettroni. Riesce anche a focalizzarli in un fascio di particelle ad alta energia. È paragonabile allo sterzo e all’accelerazione di automobili microscopiche, come ha affermato Peyton Broaddus, dottorando e autore principale dello studio.
I tradizionali acceleratori RF, costituiti da risonatori in rame, soffrono della necessità di raffreddamento a causa del riscaldamento del metallo. Al contrario, le strutture in vetro e silicone possono resistere a impulsi laser molto più potenti senza surriscaldarsi, consentendo dispositivi più potenti ma compatti. Questi progressi sono stati resi possibili dai progressi nella nanotecnologia e nella tecnologia laser.
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Un nuovo metodo per controllare gli elettroni su scala nanometrica prevede l’utilizzo di una struttura di silicio con un canale submicronico in cui vengono iniettati gli elettroni. Illuminare la struttura da entrambi i lati con impulsi laser sagomati permette di indirizzare gli elettroni, impedendo loro di deviare dalla traiettoria. Questo processo ha permesso agli elettroni di essere accelerati su una distanza di quasi un millimetro. Questo ha permesso di aumentare la loro energia di 23,7 kiloelettronvolt, ovvero il 25% in più rispetto all’energia originale.
Per il pieno utilizzo in medicina, ricerca e industria, è necessario ancora risolvere una serie di problemi. Tra questi il confinamento tridimensionale degli elettroni per ottenere energie ancora più elevate. Un gruppo di ricerca gemello dell’Università Friedrich-Alexander di Erlangen, in Germania, sta dimostrando sviluppi simili. Ha annunciato una sorta di “corsa a staffetta” in cui gli elettroni verrebbero accelerati in sequenza in una varietà di dispositivi, compresi quelli sviluppati da Broaddus e dai suoi colleghi .
Questa svolta apre la prospettiva di utilizzare acceleratori miniaturizzati nella fisica delle alte energie per studiare i componenti fondamentali dell’Universo. Nonostante le difficoltà e le sfide che la commercializzazione di questi dispositivi deve affrontare, l’ottimismo dei ricercatori è supportato dai significativi progressi già compiuti nelle fasi iniziali dello sviluppo.
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