Avvenire, 4 aprile 2025
Indagine nel mondo subatomico: creato un fascio di elettroni ultracorto
Si affinano nella fisica atomica le tecniche di ricerca a supporto della verifica di teorie collaudate o di nuove intuizioni. Un team di scienziati, infatti, ha creato un fascio di elettroni ultracorto con una corrente di picco cinque volte superiore a qualsiasi altro fascio simile sulla Terra. Questo risultato, descritto in un articolo pubblicato su “Physical Review Letters”, affronta una delle grandi sfide della fisica degli acceleratori di particelle e dei fasci e apre le porte a nuove scoperte in un ampio spettro di campi scientifici, tra cui la chimica quantistica, la fisica medica, la biofisica, l’astrofisica e la scienza dei materiali.
«Non solo possiamo creare un fascio di elettroni così potente, ma siamo anche in grado di controllare il fascio in modi personalizzabili e su richiesta, il che significa che possiamo sondare una gamma molto più ampia di fenomeni fisici e chimici rispetto a prima», ha spiegato Claudio Emma, uno scienziato del National Accelerator Laboratory (Slac) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, nonché ricercatore presso la Facility for Advanced Accelerator Experimental Tests (Facet-II )dello stesso Slac e autore principale del nuovo studio. Gli scienziati dello Slac non hanno precisato quali possono essere tutte le applicazioni possibili, ma alcune, tuttavia, si possono comunque abbozzare. Per esempio, un fascio con una corrente di picco così alta si può utilizzare in collisionatori di particelle di nuova generazione, come il CLIC (Compact Linear Collider) o il Future Circular Collider (FCC). Una maggiore corrente, poi, significherebbe più eventi di collisione per unità di tempo, aumentando la probabilità di osservare fenomeni rari e migliorando la sensibilità nella ricerca di nuove particelle o interazioni oltre il Modello Standard. E ancora: fasci di elettroni con alta corrente di picco sono fondamentali per esperimenti di plasma wakefield acceleration, come quelli condotti a Facet-II (SLAC) o Awake (Cern). Si possono creare campi elettrici estremamente intensi nel plasma, accelerando particelle secondarie a energie elevate in distanze molto più brevi rispetto agli acceleratori convenzionali. Un’altra applicazione che potrebbe spaziare in campo medico ed energetico e militare, come la fusione nucleare inerziale, ambito in cui è attivo lo Slac. E l’indagine nel mondo dell’ultra piccolo, quello delle particelle elementari, prosegue anche da un’altra angolatura, ovvero dalla lente di ingrandimento della fisica quantistica e delle sue applicazioni. Come? Provando a simulare una teoria quantistica dei campi completa in più di una dimensione spaziale, usando i supercomputer quantistici al posto di quelli classici. A questo curioso e complesso obiettivo, per esempio, è stato orientato uno studio, pubblicato sulla rivista “Nature Physics”, condotto dagli scienziati dell’Università di Innsbruck e dell’Università di Waterloo. Il team, guidato da Martin Ringbauer, Michael Meth e Christine Muschik, ha utilizzato un nuovo tipo di computer quantistico per proporre un approccio innovativo alla fisica quantistica. Il modello standard della fisica delle particelle, spiegano gli esperti, rappresenta l’approccio migliore per descrivere le forze che compongono la realtà. In quest’ottica, particelle e antiparticelle sono descritte come campi quantistici che interagiscono attraverso campi di forza, come la forza elettromagnetica che lega le particelle cariche. Attualmente, per approfondire il funzionamento dei campi quantistici si eseguono complesse simulazioni al computer, molte delle quali richiedono calcoli troppo complicati persino per i supercomputer. Il gruppo di ricerca ha simulato quindi una teoria quantistica dei campi che permette di rappresentare le forze tra particelle, come la forza elettromagnetica tra particelle cariche, ma per farlo è ricorsa all’uso di questi nuovi computer quantistici