Cerdit: Institut national de la recherche scientifique - INRS

Introduzione

In un articolo pubblicato sulla copertina della rivista Applied Physics Letters, un team internazionale di ricercatori ha dimostrato una tecnica innovativa per aumentare l’intensità dei laser. Questo approccio, basato sulla compressione degli impulsi luminosi, consentirebbe di raggiungere una nuova soglia di intensità per un nuovo tipo di fisica che non è mai stata esplorata prima: fenomeni di elettrodinamica quantistica.

Ridurre la durata dell’impulso

Professor Jean-Claude Kieffer

Dall’invenzione dell’amplificazione della deriva di frequenza nel 1985 da parte di Donna Strickland e Gérard Mourou, la potenza del laser è aumentata in modo fenomenale, fino a raggiungere un limite negli ultimi anni. Molti gruppi di ricerca stanno amplificando l’energia del laser per aumentarne la potenza, ma questo approccio è costoso e richiede raggi e ottiche molto grandi, di dimensioni superiori a un metro.  

I ricercatori Jean-Claude Kieffer dell’Institut national de la recherche scientifique (INRS), E.A. Khazanov dell’Istituto di fisica applicata dell’Accademia delle scienze russa e Gérard Mourou, professore emerito dell’Ecole Polytechnique in Francia, a cui è stato assegnato il premio Nobel in Physics nel 2018, hanno scelto un’altra direzione per raggiungere un’intensità di circa 1023 W/cm². Invece di aumentare l’energia del laser, riducono la durata dell’impulso a pochi femtosecondi. Ciò manterrebbe il sistema entro dimensioni ragionevoli e ridurrebbe i costi operativi.

Ricorrere all’ottica non lineare

Per generare il più breve impulso possibile, i ricercatori stanno sfruttando gli effetti dell’ottica non lineare. “Un raggio laser viene inviato attraverso una lastra di vetro estremamente sottile e perfettamente omogenea. Il comportamento particolare dell’onda all’interno di questo mezzo solido amplia lo spettro e consente un impulso più breve quando viene ricompresso all’uscita della piastra”, spiega Jean-Claude Kieffer, coautore dello studio pubblicato online il 15 giugno 2020 sulla rivista Applied Physics Letters .

Installati nella struttura Advanced Laser Light Source (ALLS) dell’INRS, i ricercatori si sono limitati a un’energia di 3 joule per un impulso di 10 femtosecondi o 300 terawatt (1012 W). Hanno in programma di ripetere l’esperimento con un’energia di 13 joule su 5 femtosecondi o un’intensità di 3 petawatt (1015 W). “Saremmo tra i primi al mondo a raggiungere questo livello di potenza con un laser che ha impulsi così corti“, afferma il professor Kieffer.

Se otteniamo impulsi molto brevi, entriamo nella classi dei problemi relativistici. Questa è una direzione estremamente interessante che ha il potenziale per portare la comunità scientifica a nuovi orizzonti”, afferma il professor Kieffer. “È stato un lavoro molto bello che ha rafforzato il potenziale fondamentale di questa tecnica“, conclude Gérard Mourou.

Citazioni e Approfondimenti