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SCOPERTE/ Una nuova sorgente X rivela “la musica” dei processi microscopici

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Un interessante passo avanti in questa direzione è stato recentemente reso noto su Science da un’equipe di scienziati della University of Colorado di Boulder. Il gruppo riporta come facendo incidere un intenso fascio impulsato di fotoni infrarossi su un gas (Elio) ad alta pressione (circa 20 atm), il sistema reagisca emettendo impulsi di raggi X ancora più brevi di quelli incidenti e di intensità sufficiente da poter essere considerata una sorgente per esperimenti di laboratorio.

Il fenomeno descritto si basa su un processo conosciuto da tempo, la generazione di armoniche superiori (High Harmonic Generation, HHG). «Proprio come la corda di un violino o di una chitarra emette anche armoniche superiori della propria frequenza fondamentale quando viene pizzicata con forza, così un atomo può emettere armoniche superiori alla fondamentale quando pizzicato violentemente da un impulso laser» spiega Margaret Mournane, che ha coadiuvato Henry Kapteyn nel guidare il gruppo. Il problema è che, per frequenze nello spettro dei raggi X e in condizioni standard, il fenomeno accade con intensità bassissime e non era finora stato considerato come una possibile sorgente di radiazione X impulsata utilizzabile in laboratorio, quanto piuttosto come una curiosità, senza uno studio approfondito che potesse descriverlo e spiegarlo in modo esauriente.

Tuttavia Mournane, Kapteyn e i loro studenti hanno intuito le potenzialità dell’HHG e hanno deciso di studiarlo sistematicamente variando numerosi parametri quali la frequenza del laser incidente, la specie di gas eccitato, la lunghezza della camera di eccitazione che contiene il gas e la pressione al suo interno. Già dagli anni ’90 erano riusciti a ottimizzare un sorgente impulsata basata sull’HHG nella regione UV, ma l’obiettivo equivalente nella regione X era ancora lontano e richiedeva una comprensione più profonda del fenomeno, che considerasse non solo il comportamento di un atomo singolo eccitato dall’impulso laser (modello microscopico), ma anche il comportamento collettivo degli atomi e degli elettroni all’interno del gas compresso (modello macroscopico), che ad alte pressioni non può essere trascurato ed è anzi alla base delle nuove scoperte.

 

 



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