Un lampo più breve di qualsiasi istante percepibile dall’occhio umano ha appena riscritto i limiti dell’energia laser. Negli Stati Uniti, presso l’Università del Michigan, è entrato ufficialmente in funzione il laser ZEUS, un colosso tecnologico capace di generare un picco di potenza pari a 2 petawatt, ovvero 2.000.000 di miliardi di watt. Una cifra che, seppur mantenuta solo per 25 quintilionesimi di secondo, supera di cento volte il consumo energetico globale nello stesso istante.
Il ZEUS (acronimo di Zettawatt Equivalent Ultrashort pulse laser System) si trova all’interno del Gérard Mourou Center for Ultrafast Optical Science, una struttura schermata da muri di cemento spessi 60 cm per contenere la radiazione prodotta. Il progetto, sostenuto dalla National Science Foundation, ha richiesto un investimento di 16 milioni di dollari (circa 14,7 milioni di euro). Questa cifra ha permesso di realizzare un’infrastruttura che non solo supera il suo predecessore HERCULES — fermo a “soli” 300 terawatt — ma che si candida a diventare il punto di riferimento per la ricerca laser ad alta intensità negli Stati Uniti.
A differenza dei laser continui, ZEUS è progettato per emettere impulsi brevissimi e potentissimi. Il segreto della sua forza risiede nel principio della wakefield acceleration, una tecnica che prevede l’utilizzo di un gas come l’elio: colpito dal raggio laser, il gas si ionizza, formando un plasma da cui gli elettroni vengono accelerati fino a velocità prossime a quelle della luce. Questo approccio, grazie all’uso di celle di gas più lunghe e meno dense, consente di ottenere fasci di particelle paragonabili a quelli generati nei grandi acceleratori di particelle, ma in spazi infinitamente più contenuti.
La ricerca che si sta svolgendo al suo interno non è soltanto una questione di potenza. Gli scienziati coinvolti nei primi esperimenti — tra cui il gruppo del professor Franklin Dollar dell’Università della California — puntano ad applicazioni concrete che spaziano dalla fisica quantistica alla medicina, passando per l’astrofisica e la sicurezza nazionale. Tra le prospettive più promettenti c’è quella dell’imaging a raggi X a bassa dose, che potrebbe rivoluzionare il modo in cui vengono diagnosticate e trattate alcune malattie.
Vyacheslav Lukin, direttore del programma della NSF per la divisione di fisica, ha evidenziato come ZEUS possa aprire la strada a nuovi strumenti per la diagnosi e il trattamento del cancro, oltre che offrire un laboratorio per esplorare scenari cosmici simulati e fenomeni di fisica delle particelle finora mai osservati.
Il passo successivo, previsto entro l’anno, sarà il cosiddetto “esperimento firma”: gli elettroni accelerati verranno fatti collidere frontalmente con impulsi laser da 3 petawatt, creando una simulazione di potenza su scala zettawatt, da cui lo stesso progetto prende il nome. Questo evento potrebbe fornire una finestra senza precedenti sui limiti estremi della materia e dell’energia, contribuendo ad approfondire i misteri dell’universo e della struttura fondamentale della realtà.
Anche a un petawatt, ZEUS ha già permesso l’avvio di esperimenti da parte di team internazionali. Ma il futuro che si delinea con il superamento del traguardo dei 2 petawatt si preannuncia ancora più entusiasmante, con nuovi confini scientifici pronti a essere esplorati.
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