Come migliorare le potenzialità degli acceleratori di particelle

Uno scorcio del Fermi Lab

Fermilab sta contribuendo  con l'acceleratore  a realizzare programmi presso la Northern Illinois University e l'Università di Chicago. Lo scopo di questi programmi è quello di migliorare l'erogazione a fascio di particelle, tra cui le prestazioni della tecnologia di superconduttori e a radiofrequenze.

Gli acceleratori di particelle modellano la vita di tutti i giorni. Sono potenti strumenti di diagnosi e di cure mediche e vengono utilizzati per sviluppare materiali in tutto, partendo dallo schermo di un computer,  per arrivare al telefono cellulare sino ai chip del computer.  Aiutano a esplorare le particelle fondamentali e le forze che compongono il nostro mondo. Fino al 2014, la National Science Foundation non ha avuto finanziato un programma fondamentale di ricerca e sviluppo in materia di scienza negli acceleratori.  Quest'anno, la NSF assegna borse di studio per finanziare la ricerca per lo sviluppo di fasci luminosi presso l'Università di Chicago e Northern Illinois University con borse di studio di $ 680.000 e $ 560.000, rispettivamente, per un periodo di tre anni. In entrambi i programmi, Fermilab giocherà un ruolo fondamentale nell’esplorare e superare i limiti della scienza dell'acceleratore. L'Università di Chicago propone, lo sviluppo di un programma per rendere, fasci stabili ad alta potenza con basse perdite. Si  studiano perciò superconduttori di cavità a radiofrequenze; si conduce un esperimento con acceleratori circolari per indagare il modo di produrre fasci più stabili e si esplorano tecniche per produrre raggi X più intensi. Le prime due  ricerche sono parti di un programma di ricerca più grande al Fermilab, tra cui il programma di radiofrequenza superconduttori e integrabili Ottica test Accelerator.Sarà la prima volta che l'Università di Chicago assembla un gruppo di lavoro su un programma di acceleratore. Oltre a migliorare la tecnologia degli acceleratori, uno degli obiettivi del programma è quello di attrarre docenti e studenti alla ricerca sull’ acceleratore."Il vantaggio è ,- ha detto Sergei Nagaitsev capo divisione acceleratore Fermilab - che portiamo dentro,professori chimica e matematica che altrimenti non avrebbero mai partecipato alla nostra ricerca. E’ una grande opportunità per noi collaborare con colleghi che normalmente non collaborano con Fermilab." La proposta della NIU  (Northern Illinois University) si incentra sullo "Sviluppo di Quantum -degenerate relativistici Ultra-freddi Electron Beam per la ricerca e le applicazioni." La ricerca NSF-finanziata a NIU cercherà di stabilire se è possibile produrre un fascio di migliaia di volte più freddo delle temperature di travi esistenti, con conseguente maggiore luminosità e qualità del fascio."Si sta cercando di arrivare ad alte energie, -ha detto Swapan Chattopadhyay, ricercatore principale del progetto NSF- finanziato a NIU- in fretta  per avere potenze fascio e intensità, ma nessuno sta lavorando sulla produzione di alta qualità, cioè a travi ultrafreddi come queste. Non importa quello che fai con un fascio, non si può fare meglio della bontà intrinseca delle travi. Stiamo lavorando sulla produzione di travi non solo di alta energia e intensità, ma anche di ottima purezza e qualità."                                                                      al Fermilab migliorieFisici e ingegneri intendono produrre fasci di elettroni da nanocatodi appositamente progettati immersi in campi elettrici elevati,  come se fossero ben imballati e con messa a fuoco ermetica degli elettroni. Le travi saranno abbastanza fredde per servire come fonte di laser compatto X-ray ad alta qualità.NIU effettuerà il lavoro sperimentale presso Argonne National Laboratory, Fermilab e prevede di collaborare con il grafene Center dell'Università di Cambridge. Con l'infrastruttura di Fermilab e la competenza nella scienza dell’acceleratore e della tecnologia, il laboratorio offrirà l’opportunità di testare ed espandere le idee sviluppate nel corso della ricerca, mentre le università avranno la possibilità e il tempo di scavare in profondità sui problemi. Le proposte sottolineano la formazione e l'educazione degli studenti e darà accesso al Fermilab di alto livello a studenti laureati presso l'Università di Chicago e NIU.                                                                            "L'università,-ha detto Chattopadhyay - comporta la profondità accademica ed il sacro fuoco della ricerca". "Fermilab apporta le competenze nazionali, le infrastrutture e una larghezza di competenze e risorse e, grazie alla collaborazione con l'industria, sarà possibile ottenere anche un punto di vista pratico.                                                                                                                                 "Sebbene NIU e l'Università di Chicago stanno concentrando i loro sforzi su temi diversi, hanno in comune l'obiettivo di creare acceleratori più potenti di quelli attualmente in uso. Le due ricerche sono molto complementari, -ha detto Chattopadhyay -, che spera di poter collaborare per creare qualcosa di  più grande della somma delle parti di queste ricerche.                                                                                                                                      "Sono domande ,-ha detto Kim Young-Kee, perno del programma di ricerca dell'Università di Chicago - scientificamente molto eccitanti. Continuiamo a spingere la nostra tecnologia per ottenere acceleratori migliori con travi brillanti, ma ci sono un sacco di limiti che dobbiamo superare. Tale limiti si possono superare solo comprendendo tutti questi problemi e le limitazioni a un livello molto fondamentale."