Scienziati creano i più brevi impulsi laser a raggi X duri mai realizzati: un nuovo record per la fisica ultraveloce

Il team dell’Università del Wisconsin-Madison batte ogni record con impulsi a raggi X duri di soli 60 attosecondi.

I laser hanno fatto parecchia strada da quando erano solo roba da film di fantascienza. Oggi li trovi dappertutto: nei laboratori, negli ospedali, perfino nei lettori per i concerti o nelle casse dei supermercati. Ma la cosa davvero pazzesca è che adesso non ci si accontenta più della luce visibile. I ricercatori stanno spingendo la tecnologia fino ai raggi X, per provare a osservare cose che succedono in tempi… beh, praticamente invisibili.

Fino a poco tempo fa, creare impulsi laser ultra brevi nella banda dei raggi X duri era considerato un sogno difficile da realizzare. Sì, c’erano già gli XFEL – cioè laser a elettroni liberi che sparano raggi X super potenti – ma il problema era che la luce prodotta era un po’… disordinata. Impulsi sporchi, li chiamano. In pratica, tanti picchi casuali messi insieme che rendevano difficile catturare i momenti più veloci della materia.

Per capirci: se vuoi osservare come si muove un elettrone dentro un atomo, ti serve una sorta di fotocamera temporale che scatti in tempi ridicoli, tipo un attosecondo. Che cos’è un attosecondo? È un miliardesimo di miliardesimo di secondo. Tanto per farsi un’idea, è al secondo quello che un secondo è all’età dell’universo. Cioè: roba davvero, davvero minuscola.

Eppure, nonostante le difficoltà tecniche, il sogno di controllare la luce in questi intervalli così minuscoli non si è mai spento. C’è chi ha continuato a cercare una via per “ripulire” quegli impulsi e portarli a durate mai raggiunte prima.

Il salto che nessuno aveva mai fatto prima

Ed eccoci qui: come riporta scitechdaily.com, un gruppo internazionale, con a capo l’Università del Wisconsin-Madison, ha fatto centro. Hanno usato XFEL potentissimi per colpire dei campioni – rame o manganese – e hanno ottenuto impulsi di raggi X duri lunghi meno di 100 attosecondi.

È la prima volta che si riesce a vedere un fenomeno di lasing così forte a queste energie. Il trucco? Si chiama inner-shell lasing, un processo in cui gli elettroni più interni degli atomi vengono eccitati e poi rilasciano energia sotto forma di fotoni X, creando una sorta di reazione a catena molto simile a quella dei laser tradizionali, ma molto più intensa.

Fenomeni strani, impulsi puliti e tempi mai visti

Durante l’esperimento, però, qualcosa non tornava. Le immagini raccolte mostravano punti caldi imprevisti, invece del segnale liscio e continuo che si aspettavano. Ci hanno messo un po’ a capire cosa stava succedendo, ma alla fine le simulazioni hanno spiegato tutto: era la filamentazione. In pratica, il fascio laser era così forte da cambiare il modo in cui la luce viaggiava nel materiale, creando delle strutture spaziali concentrate.

E non è finita. Quando hanno aumentato ancora di più l’intensità del laser, è venuto fuori un altro effetto ancora più strano: la Rabi cycling. Un fenomeno in cui il materiale assorbe ed emette luce in modo ciclico, generando uno spettro molto più ampio e – sorpresa – impulsi super concentrati nel tempo. Alcuni di questi duravano appena 60 attosecondi. Sì, hai letto bene. Sessanta. Una durata che nessuno aveva mai osservato prima nei raggi X duri. E con questa precisione, finalmente, si può iniziare a vedere come si muovono davvero gli elettroni dentro le molecole.