Alcuni scienziati hanno recentemente acceso per la prima volta l'acceleratore di particelle più piccolo del mondo. Questo trionfo tecnologico, che ha le dimensioni di una monetina, potrebbe aprire le porte a un'ampia gamma di applicazioni, tra cui l'utilizzo di acceleratori di particelle all'interno di pazienti umani.
La nuova macchina, nota come acceleratore di elettroni nanofotonico (nanophotonic electron accelerator = NEA), consiste in un piccolo microchip che ospita un tubo a vuoto ancora più piccolo composto da migliaia di singoli "pilastri". I ricercatori possono accelerare gli elettroni sparando mini-fasci laser su questi pilastri.
Il tubo di accelerazione principale è lungo circa 0,5 millimetri, ossia 54 milioni di volte più corto dell'anello lungo 27 chilometri che costituisce il Large Hadron Collider (LHC) del CERN in Svizzera - l'acceleratore di particelle più grande e più potente del mondo, che ha scoperto una serie di nuove particelle, tra cui il bosone di Higgs (o particella di Dio), i neutrini fantasma, il mesone charm e la misteriosa particella X.
L'interno del minuscolo tunnel è largo solo 225 nanometri. Secondo il National Nanotechnology Institute, i capelli umani hanno uno spessore compreso tra 80.000 e 100.000 nanometri.
In un nuovo studio, pubblicato il 18 ottobre sulla rivista Nature, i ricercatori dell'Università Friedrich-Alexander di Erlangen-Norimberga (FAU) in Germania hanno utilizzato il minuscolo aggeggio per accelerare gli elettroni da un valore energetico di 28,4 kiloelettronvolt a 40,7 keV, con un aumento di circa il 43%.
È la prima volta che un acceleratore di elettroni nanofotonico, proposto per la prima volta nel 2015, viene acceso con successo, scrivono i ricercatori in un comunicato. (I ricercatori dell'Università di Stanford hanno già ripetuto l'impresa con il loro mini-acceleratore, ma i loro risultati sono ancora in fase di revisione).
L'LHC utilizza più di 9.000 magneti per creare un campo magnetico che accelera le particelle a circa il 99,9% della velocità della luce. Anche il NEA crea un campo magnetico, ma funziona sparando fasci di luce ai pilastri del tubo a vuoto; questo amplifica l'energia nel modo giusto, ma il campo energetico risultante è molto più debole.
Gli elettroni accelerati dal NEA hanno solo un milionesimo dell'energia delle particelle accelerate dall'LHC. Tuttavia, i ricercatori ritengono di poter migliorare il progetto della NEA utilizzando materiali alternativi o impilando più tubi uno accanto all'altro, in modo da accelerare ulteriormente le particelle. Tuttavia, non raggiungeranno mai gli stessi livelli di energia dei grandi collisori.
Questo potrebbe non essere un male, dato che l'obiettivo principale della creazione di questi acceleratori è quello di utilizzare l'energia sprigionata dagli elettroni accelerati in trattamenti medici mirati che possano sostituire le forme più dannose di radioterapia, utilizzate per uccidere le cellule tumorali.
"L'applicazione ideale sarebbe quella di collocare un acceleratore di particelle su un endoscopio per poter somministrare la radioterapia direttamente nell'area interessata del corpo", ha scritto nella dichiarazione l'autore principale dello studio, Tomáš Chlouba, fisico della FAU. Ma la strada è ancora lunga, ha aggiunto.
Copyright foto di copertina: FAU/Laser Physics, Stefanie Kraus, Julian Litzel
