Un petawatt per una supernova in laboratorio

Nuovi orizzonti di studio aperti dall'Università del Texas: un laser superpotente per studiare supernove in versione laboratorio, plasma, solidi sotto pressioni altissime
Nuovi orizzonti di studio aperti dall'Università del Texas: un laser superpotente per studiare supernove in versione laboratorio, plasma, solidi sotto pressioni altissime

Per scriverlo ci vuole un supplemento di spazio: 1.000.000.000.000.000 watt , vale a dire un petawatt . Questa la potenza dell’ultimo laser costruito ad Austin dall’ Università del Texas . Un mostro in grado di riprodurre per 1 picosecondo ( 1 millesimo di miliardesimo di secondo ) condizioni più estreme di quelle interne di una stella . Una novità che solleva attenzione .

“Possiamo creare stati della materia a cui sulla terra non vi è alcun accesso”, dice Mikael Martinez , project manager dell’iniziativa. “Non c’è bisogno di andare nello spazio e osservare l’esplosione di una stella per osservare ciò che vogliamo osservare qui nel Texas”.

Alla prova d’accensione, avvenuta il 31 marzo, è stato quasi il laser più potente del mondo, ma non detiene ancora il record: quell’onore, almeno per alcuni mesi ancora, spetta al Nova Laser , costruito dal Lawrence Livermore National Lab , che ha sfoderato 1,25 petawatt di potenza già nel 1996. Ma, secondo Martinez, entro l’anno la potenza del nuovo mostro dovrebbe giungere a valori tra 1,3 e 1,5 petawatt .

Rispetto al Nova e ad altri precedenti esperimenti, quest’ultimo sforzo degli scienziati adotta particolari tecniche per arrivare a tanta potenza. La struttura complessiva è piuttosto densa di elementi e prevede che il raggio iniziale passi attraverso una serie di trattamenti per essere amplificato più e più volte. Martinez spiega il trucco del funzionamento: “Generiamo un impulso breve e lo allunghiamo. Poi lo amplifichiamo. Alla fine lo ricomprimiamo”. Con gli impulsi troppo brevi, infatti, la difficoltà maggiore è quella di avere il… tempo di amplificare.

Questo gioiellino costa 7 milioni di dollari : ha finanziato la National Nuclear Security Administration . Gli scienziati potranno studiare il comportamento di gas a temperature superiori a quelle del Sole e analizzare il comportamento di solidi sottoposti a pressioni di diversi miliardi di atmosfere . In altri termini, ricreare delle mini-supernova , studiare il plasma ad altissima densità e ripetere in laboratorio il comportamento di particolari stelle note come nane marroni .

A seguire, una galleria fotografica che descrive il procedimento di amplificazione del raggio. La scalata al petawatt parte con il cosiddetto seed laser – spiega Wired – che produce il primo raggio di un nanojoule di potenza, per circa 200 femtosecondi . Si fa quindi passare per lo stretcher :

Si procede poi alla prima amplificazione, attraverso uno stadio detto di amplificazione ottica parametrica , che porta la potenza a 1 joule :

Sfruttando, poi, per 8 volte il ROD Amplifier , si alza ulteriormente il livello portandolo a 20 joule. Nella foto, la catena dei percorsi del laser:

il percorso del laser

Questo è l’amplificatore vero e proprio:

amplificatore

Il viaggio volge quasi al termine. Si tratta ora di attraversare l’ amplificatore a dischi : due dischi di vetro che pompano altra luce e, dopo quattro passaggi, portano il fascio a 250 joule :

L’ultimo stadio è la ricompressione del fascio, operazione che porta senz’altro ulteriori perdite di potenza, ma tira fuori quel petawatt finale che gli scienziati cercavano:

Per alimentare uno degli amplificatori c’è voluta questa batteria di condensatori, l’unica in grado di fornire tutta quell’energia, anche se per poco tempo:

Marco Valerio Principato

(Fonti immagini qui e qui )

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