Quanto grandi devono essere, secondo voi, gli acceleratori di particelle per svolgere il loro lavoro super-scientifico? Se la vostra unica immagine mentale di queste macchine è quella del gigantesco acceleratore del CERN, il celebre Large Hadron Collider (LHC) in Svizzera, probabilmente penserete che debbano essere necessariamente enormi.
E invece no. Anzi, tutt’altro. Il più piccolo acceleratore di particelle del mondo misura poco più della lunghezza di una monetina da pochi centesimi. E, dettaglio non irrilevante, i ricercatori lo hanno appena acceso.
Uno studio pubblicato di recente sulla rivista scientifica Nature mostra finalmente cosa è in grado di fare questo “acceleratore nanofotonico”. L’idea di costruire acceleratori di particelle così minuscoli circola da anni, ma fino a oggi nessuno era riuscito a ottenere un incremento energetico davvero significativo.
Quando il team della Friedrich-Alexander University di Erlangen-Norimberga (FAU) in Germania ha controllato i dati subito dopo l’accensione del dispositivo, ha capito immediatamente di aver raggiunto un traguardo importante.
«Abbiamo ottenuto un guadagno energetico di 12 kiloelettronvolt», ha spiegato Leon Brückner, uno degli autori dello studio, in un comunicato stampa. «Si tratta di un aumento dell’energia del 43%».
Come funziona un acceleratore di particelle lungo poco più di un centimetro
Il cuore di questo dispositivo sta nel design del tubo a vuoto in cui le particelle vengono accelerate. La struttura è più sottile di un capello umano ed è composta da una fittissima rete di minuscoli elementi che i ricercatori definiscono “pilastri”.
Per far funzionare il sistema, vengono sparati microscopici impulsi laser contro questi pilastri in miniatura. L’interazione genera un campo energetico capace di accelerare le particelle desiderate. E per un acceleratore così piccolo, un incremento energetico del 43% è tutt’altro che trascurabile.
Certo, non sarà questa macchina a svelare i segreti dell’universo come prova a fare il Large Hadron Collider, ma in fondo non è nemmeno questo il suo obiettivo. Mentre il più famoso acceleratore di particelle del pianeta si occupa di fisica fondamentale e sperimentazioni al limite della conoscenza, la maggior parte degli acceleratori oggi in funzione ha impieghi molto più pratici. Uno dei campi principali? La medicina.
Molti acceleratori vengono già utilizzati in ambito oncologico, ad esempio nella radioterapia per il trattamento dei tumori. Il sogno dietro questo minuscolo acceleratore nanofotonico è ancora più ambizioso: riuscire un giorno a irradiare direttamente le cellule cancerose dall’interno del corpo, offrendo trattamenti estremamente localizzati e potenzialmente molto meno invasivi.
Prima della rivoluzione medica, però, c’è ancora strada da fare
Per arrivare a un’applicazione clinica concreta, il dispositivo dovrà aumentare in modo drastico le sue capacità di accelerazione. Secondo quanto riportato nel comunicato stampa, servirà incrementare ulteriormente il guadagno energetico di circa un fattore 100 perché la tecnologia possa davvero essere utilizzata in medicina. Ma il team ha già alcune idee su come riuscirci.
«Per ottenere correnti elettroniche più elevate e livelli energetici maggiori all’uscita della struttura», ha spiegato il ricercatore Tomáš Chlouba, «dovremo ampliare le strutture oppure affiancare più canali tra loro». E, fortunatamente per loro, non stanno lavorando da soli.
Il gruppo tedesco collabora infatti — e in parte compete — con un team della Stanford University, impegnato sullo stesso tipo di tecnologia. Anche i ricercatori di Stanford sono riusciti a ottenere un significativo aumento energetico nel loro acceleratore nanofotonico praticamente nello stesso periodo del team FAU, anche se i loro risultati sono ancora in fase di revisione scientifica.
Insomma, tutto lascia pensare che gli acceleratori nanofotonici siano molto più vicini di quanto immaginassimo. In un modo o nell’altro, stanno arrivando.