FLAME: tutta un’altra atmosfera

FLAME è protagonista delle ricerche in corso ai Laboratori Nazionali di Frascati di INFN, in collaborazione con il gruppo GAP-Biophotonics di fisica applicata dell’Università di Ginevra.

Scariche di fulmini, generazione locale di particelle di acqua, analisi del particolato atmosferico a distanza e a differenti altitudini, meccanismi di interazione laser-atmosfera. E un unico filo rosso a tenerli insieme, anzi: un raggio laser.

Questi infatti sono alcuni dei campi in cui presto potremmo avere nuovi risultati grazie all’uso di impulsi laser ultra potenti nell’atmosfera. Il superlaser FLAME, unico laser in Italia nel suo genere, è lo strumento fondamentale impiegato in queste ricerche, in corso ai Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), in collaborazione con il gruppo GAP-Biophotonics di fisica applicata dell’Università di Ginevra e i primi risultati sono pubblicati sulla rivista scientifica Applied Physics B -Laser and Optics.

Di che si tratta? Un fascio da 100 terawatt (centomila miliardi di watt) viene inviato nel cielo sovrastante il Laboratorio INFN di Frascati per studiare gli effetti dell’interazione del laser ultrapotente con i gas dell’atmosfera. Il fascio laser di FLAME propagando nell’atmosfera, a causa della sua enorme potenza di picco, si divide in circa 1000 microcanali di luce (un fenomeno che è conosciuto come filamentazione) che si estendono per centinaia di metri. Altri due fasci laser di diverso colore e di minor potenza vengono inviati insieme al laser principale per studiare gli effetti che quest’ultimo produce sull’atmosfera osservando con un telescopio equipaggiato con rivelatori molto sensibili – fotomoltiplicatori – la luce retrodiffusa dall’atmosfera.

Gli esperimenti condotti ai LNF grazie al superlaser FLAME (e qui è forse il caso di tranquillizzare i pendolari del cielo: durante queste operazioni i ricercatori sono sempre in contatto con i controllori di volo dell’Aeroporto di Ciampino) stanno consentendo agli scienziati di ampliare le conoscenze sulla fisica delle interazioni tra gas e impulsi laser ultra potenti, nel caso della propagazione nell’atmosfera. Le grandi intensità trasportate da questi filamenti e la loro capacità di propagarsi quasi imperturbati su lunghe distanze rendono il loro studio interessante per molti aspetti che riguardano la fisica applicata.

Il laser FLAME fa parte dell’infrastruttura di ricerca denominata SPARC-LAB nella quale viene utilizzato principalmente negli esperimenti di interazione di laser con fasci di elettroni per lo studio dell’accelerazione di fasci di particelle nei plasmi e per la produzione di raggi X di alta intensità.

“La tecnologia laser ormai è conosciuta e impiegata comunemente”, spiega Massimo Petrarca, primo firmatario dell’articolo. “Si usa un laser quando si ascolta un CD o per correggere la miopia, per fare un paio di esempi, ma l’avvento di laser estremamente potenti, sempre più compatti e con particolari caratteristiche dell’impulso di luce, come FLAME, apre la porta a un dominio di utilizzi e applicazioni avanzate, come ad esempio agli acceleratori di particelle del futuro, e sarebbe bello se tra qualche anno questi strumenti altamente tecnologici e affascinanti potessero essere impiegati stabilmente per la risoluzione di problemi d’interesse sociale”.

Fonte: Media INAF | Scritto da Davide Coero Borga