Ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e dell’Università della California Irvine hanno dimostrato per la prima volta un laser ad alta intensità a forma di molla rotante. I risultati sono pubblicati su Nature Photonics e aprono strade concrete per la fusione nucleare, l’accelerazione di particelle e l’astrofisica.
Il principio è tanto elegante quanto inatteso. Un laser convenzionale ad alta intensità interagisce con il plasma facendo oscillare le particelle cariche avanti e indietro, come onde sull’oceano. Il nuovo sistema funziona diversamente: l’impulso ruota attorno al proprio asse centrale a una velocità controllabile. Se proiettato su una superficie, il pattern del fascio traccierebbe cerchi nel tempo. Ecco perché i ricercatori lo chiamano “light spring”, molla di luce. Il risultato visibile è una geometria elicoidale che, a differenza di qualunque laser precedente ad alta intensità, introduce una rotazione tridimensionale nel modo in cui l’energia viene trasferita al plasma.
La realizzazione tecnica ha richiesto alcune delle ottiche freeform più precise mai prodotte dalla divisione National Ignition Facility and Photon Science di LLNL. Il processo parte dalla divisione di un laser a banda larga in due fasci tramite beamsplitter specializzati: uno con lunghezze d’onda più corte, l’altro con lunghezze d’onda più lunghe. Ogni fascio viene quindi riflesso da uno specchio personalizzato a struttura nanometrica. Visti a occhio nudo, questi specchi sembrano perfettamente piatti. In realtà, ognuno di essi porta inciso sulla superficie un motivo a spirale di estrema sottigliezza. Se gli specchi da 15 centimetri venissero ingranditi fino a un chilometro e mezzo di diametro, il gradino della spirale sarebbe alto appena un centimetro e mezzo. La precisione raggiunta è dell’ordine di pochi nanometri sull’intera superficie ottica: un risultato che non aveva precedenti nelle lavorazioni di LLNL.
Perché questo conta per la fusione? Quando un laser ad alta intensità colpisce un plasma, la geometria dell’impulso determina come le particelle cariche si muovono e come l’energia viene depositata. Un fascio rotante può potenzialmente trasferire momento angolare al plasma in modo controllato, aprendo la strada a nuove tecniche di confinamento e riscaldamento. Gli stessi principi si applicano all’accelerazione di particelle, dove la struttura spaziale del laser guida elettroni e ioni lungo traiettorie precise. In ambito astrofisico, la capacità di replicare in laboratorio impulsi con geometria tridimensionale complessa permette di studiare fenomeni come i getti relativistici attorno a oggetti compatti, finora accessibili solo tramite osservazione remota.
LLNL è il laboratorio che ha raggiunto l’ignizione della fusione per confinamento inerziale nel dicembre 2022 al National Ignition Facility, e da allora ha replicato e migliorato quel risultato più volte. Il laser a molla si inserisce in una traiettoria di ricerca che punta a controllare il plasma con strumenti sempre più sofisticati: ottiche freeform, impulsi sagomati, modelli AI per la predizione in tempo reale. Ogni singolo tassello conta. Questo, in particolare, aggiunge una dimensione che prima non esisteva: la rotazione dell’impulso come leva per modellare il comportamento del plasma. Se i prossimi esperimenti confermeranno le previsioni teoriche, il laser a molla potrebbe diventare uno strumento standard nei laboratori di fusione e accelerazione di particelle entro il decennio.
