Un supermicroscopio laser mette a nudo i segreti di molecole, proteine e virus

Roma Per la prima volta in Italia è stato messo a punto e reso operativo un laser ad elettroni liberi (Fel) pilotato da un acceleratore lineare di elettroni. Come funziona? Il dispositivo emette una radiazione molto intensa e di durata infinitesimale in grado di fotografare molecole, proteine e virus durante la loro attività ed osservare fenomeni biochimici ultraveloci. Osservazione fino ad ora impossibile. Si tratta del secondo laser di questo tipo funzionante in Europa, dopo il successo ottenuto in Germania con il Flash. Un risultato brillante raggiunto grazie al lavoro dei Laboratori Nazionali di Frascati dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) da un gruppo di ricercatori Infn, Enea, Cnr e delle Università italiane. Il gruppo di studiosi ha realizzato il prototipo, lungo circa 35 metri, finanziato sia dal Ministero dell'Istruzione, Università e Ricerca sia dall'Unione Europea. Per il momento questo dispositivo laser è stato battezzato Sparc, ovvero sorgente pulsata autoamplificata di radiazione coerente. Ma si tratta soltanto del primo passo verso la realizzazione di Sparx, in fase avanzata di progettazione, che estenderà la radiazione emessa ai raggi X. Sparx sarà davvero il supermicroscopio del futuro. Grazie alle sue potenzialità di osservazione favorirà un rapido avanzamento nella ricerca scientifica e tecnologica italiana in molti settori, tra cui le nano-tecnologie e le scienze bio-mediche. Ricerche che troveranno il loro spazio nel Campus Universitario di Tor Vergata, attraverso i finanziamenti del MIUR e della Regione Lazio. Ma come funziona esattamente il Fel? Si tratta di una sorgente di radiazione elettromagnetica monocromatica di lunghezza d'onda corta, fino a frazioni di miliardesimo di metro, tipiche dei raggi X. Tali dispositivi sono costituiti in gran parte da una lunga serie di piccoli magneti, sorta di calamite, lunghe circa un centimetro con polarità alternata che formano un ondulatore, in cui viene iniettato un fascio di elettroni di alta densità di carica. Nel momento in cui interagiscono con la struttura magnetica, gli elettroni oscillano e si organizzano collettivamente emettendo una radiazione di lunghezza d'onda tipica, detta di risonanza, che dipende dall'intensità del campo magnetico e dall'energia del fascio di elettroni. Se si cambia l'energia degli elettroni, si può variare il colore della radiazione emessa. Il gruppo di ricercatori del progetto Sparc ha ottenuto una radiazione di colore verde (corrispondente ad una lunghezza d'onda di 500 nanometri) iniettando all'interno di un ondulatore, lungo circa 14 metri e composto da oltre 1.800 "calamite", un fascio di elettroni accelerati mediante una differenza di potenziale di radiofrequenza pari a 150 Milioni di Volt, prodotta da un acceleratore lineare lungo circa 12 metri.

Il futuro progetto Sparx, prevede l'uso di acceleratori lineari più potenti, in grado portare gli elettroni ad un'energia di circa 2,5 Miliardi di electron-Volt e ondulatori lunghi fino a 50 metri.