INFN-LNF Laboratori Nazionali di Frascati
Analogamente ad un pendolo che oscilla dolcemente con un moto periodico, gli elettroni in un plasma oscillano sotto l’influenza di campi esterni e della forza di richiamo generata dagli ioni del plasma stesso. Se a questo movimento si aggiunge energia al momento giusto – proprio come quando si spinge un’altalena– queste oscillazioni si amplificano.
Questo principio può essere sfruttato per migliorare il funzionamento degli acceleratori di particelle. Il meccanismo consiste nell’utilizzare treni di particelle che si propagano in un plasma: un primo treno detto “driver”, genera onde di scia (denominate “wakefields”) che, quando sono spaziate di una lunghezza d’onda, si sommano coerentemente, diventando sempre più grandi. Se a questo punto, un secondo treno di elettroni – chiamato “witness” – attraversa il plasma potrà assorbire energia accelerando. Inoltre, regolando la distanza e l’intensità degli impulsi, si può migliorare l’efficienza del trasferimento di energia, ottenendo più accelerazione con meno sprechi.
Nei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, questo principio è stato dimostrato per la prima volta grazie a studi condotti sull’acceleratore SPARC, recentemente pubblicati in un articolo sulla rivista Physical Review E. Un gruppo di nostri ricercatori ha infatti misurato che l’energia persa dagli elettroni cresce lungo il treno di impulsi, proprio perché l’ampiezza dei campi diventa sempre più grande.
Questi risultati avranno sicuramente un impatto sugli acceleratori del futuro basati sulla accelerazione al plasma, come il nostro EuPRAXIA@SPARC_LAB. Infatti, utilizzando treni di fasci driver, anzichè un singolo impulso, sarà possibile raggiungere prestazioni ancora più elevate.
Articolo: https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/x4xl-4fnp