Entrerà a pieno regime nel 2021. Il progetto Extreme Light Infrastructure (ELI) darà all’Europa una grande infrastruttura per lo sviluppo della ricerca sui laser e delle loro applicazioni. E anche l’Italia ha un ruolo importante nella realizzazione del progetto
A sessanta anni esatti dalla scoperta del laser, la ricerca nel campo della fotonica in Europa sembra abbia una grossa opportunità per fare un altro passo avanti. Tre Paesi europei hanno deciso di spendere una percentuale dei loro fondi strutturali per costruire una grande infrastruttura. Si tratta del progetto Extreme Light Infrastructure (ELI), che darà all’Europa una grande infrastruttura per lo sviluppo della ricerca sui laser e delle loro applicazioni. Anche l’Italia ha un ruolo importante nella realizzazione del progetto.
ELI è dedicata allo studio fondamentale dell’interazione laser-materia. Nelle tre sedi dell’infrastruttura è possibile trovare le sorgenti laser più intense e i sistemi laser ad impulsi più brevi al mondo. Sono strumenti dotati di uno sviluppo tecnologico mai raggiunto in precedenza. Proprio lo scorso agosto è stato prodotto il primo impulso laser da 10 Petawatt (PW) attraverso il sistema laser realizzato nella sede rumena.
“Come quando l’uomo è sbarcato sulla Luna”
Perché siamo riusciti a completare un progetto così ambizioso solo adesso? “Raggiungere 10 PW implica uno sviluppo tecnologico notevole. Lo possiamo considerare qualcosa di analogo a quello che è accaduto quando l’uomo ha deciso di andare sulla Luna”. Così Sandro De Silvestri, docente ordinario di fisica sperimentale al Politecnico di Milano e ricercatore dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologia del CNR (IFN-CNR), commenta questo grande passo avanti per la ricerca nella fotonica.
“Il salto notevole realizzato con la costruzione dell’infrastruttura ELI, è stato possibile ponendosi obiettivi ambiziosi e ottenendo finanziamenti adeguati”. Gli obiettivi sono quelli che sognava un premio Nobel per la fisica, Gerard Mourou. Mentre i finanziamenti sono quelli europei. L’Europa aspira a stabilire una leadership nella tecnologia laser. È la prima volta che investe fondi strutturali nella ricerca scientifica. Sono stati investiti 800 milioni di euro e il sogno si è avverato.
ELI si sviluppa in tre paesi diversi: Ungheria, Repubblica Ceca e Romania. Le tre strutture nascono con tre missioni e tre sedi diverse, soprattutto per un problema di ripartizione di fondi.
Le applicazioni mediche
La Repubblica Ceca concentrerà le proprie ricerche su sorgenti ultraintense, con lo scopo di creare acceleratori di particelle molto compatti e più facili da usare. Saranno basati sull’accelerazione mediante laser plasma, un approccio diverso da quello del CERN. Inoltre le ricerche riguarderanno anche la generazione di raggi X e altre radiazioni ionizzanti, che potrebbero avere applicazioni in campo medico. Questi ultimi sono già usati nella ricerca di base.
Infatti i raggi X da una sorgente laser pulsata consentono lo studio strutturale delle biomolecole e organelli cellulari. Ma saranno usate anche in medicina per la diagnostica tramite acquisizione di immagini. Infine, potrebbero portare grandi avanzamenti nell’ambito del trattamento di tumori per le terapie basate su radiazioni.
Il team di ELI Beamslight sta lavorando a un prototipo di una macchina per la radioterapia, che potrebbe essere accoppiata a un sistema di imaging in tempo reale. Questa tecnologia offre il tasso di dose di radiazione più elevato disponibile sul mercato. Inoltre grazie alla tecnologia laser ultraveloce, un sistema a raggi X sincronizzato può eseguire l’imaging del tumore durante l’irradiazione entro un intervallo di tempo sufficientemente breve per valutare e adattare il trattamento.
Studio della materia e fisica nucleare
La sede ungherese punta non tanto sulla potenza del laser, quanto sulla possibilità di emettere impulsi estremamente brevi. Sono dell’ordine dei femto (10-15) o atto-secondi (10-18). Tali impulsi potrebbero contribuire a registrare eventi molto rapidi che avvengono nella materia, un campo in cui fisica atomica e molecolare potrebbero spalancare nuove e interessanti prospettive.
Infine, nella sede rumena, le ricerche sono più concentrate sulla fisica nucleare, complice anche la competenza sviluppata in tale regione nel campo. La sorgente da 10 PW, essendo molto intensa, può interagire con bersagli gassosi o solidi per generare fasci di elettroni, protoni e ioni che possono indurre reazioni nucleari, offrendo importanti sviluppi nell’ambito della fisica nucleare.
L’Europa investe ne cuore del continente
È la prima volta che un’infrastruttura così grande viene costruita in Paesi dell’Europa Centrale. “La scelta riflette la politica dell’Unione Europea di costruire strutture di ricerca distribuite a livello di tutto il territorio”, ha spiegato De Silvestri.
Si tratta anche di una scommessa che può tradursi in una grande opportunità per questi Paesi. “Confluiranno in queste regioni importanti ricercatori di varie nazionalità” continua De Silvestri. “Ciò avrà una grande ricaduta occupazionale, perché ci sarà bisogno di molti tecnici e ingegneri che saranno cercati anche in loco. Inoltre intorno al centro di ricerca potrebbero svilupparsi piccole o medie imprese collegate a queste tecnologie”.
ELI, Un luogo aperto al mondo e anche all’Italia
Anche se le strutture nascono separate, ELI vuole presentarsi come un centro unitario e fruibile da parte degli scienziati di tutto il mondo. Per usare gratis i servizi e le tecnologie offerte da ELI sarà sufficiente presentare progetti scientifici che verranno vagliati da una commissione internazionale. Vincerà l’innovazione e l’eccellenza.
“Un luogo come questo è una sorgente di richiamo per la comunità scientifica. Oltre alle possibilità di sviluppo tecnologico, questo sarà il luogo di incontro di importanti progetti sia per la ricerca di base che per le scienze applicate”, ha commentato De Silvestri.
ELI sarà un’opportunità anche per l’industria. In seguito alla sua realizzazione, le industrie hanno ricevuto una spinta a sviluppare sorgenti laser, aumentando anche le possibilità occupazionali. “Ora le versioni meno sofisticate e meno potenti delle sorgenti laser sono più accessibili sul mercato scientifico e tecnologico”, ha detto De Silvestri.
Un’opportunità non raggiungibile in Italia
Per rendere tale infrastruttura europea e aperta alla fruizione è necessario la creazione di un consorzio europeo. Si tratta del consorzio ERIC (European Resaerch Infrastructure Consortium), una forma legale che consente la gestione delle infrastrutture scientifiche a livello europeo. I diversi Paesi aderenti al consorzio contribuiranno alle spese di funzionamento di ELI. L’Italia ha già aderito all’ERIC e De Silvestri è il nostro rappresentante insieme a Caterina Petrillo, entrambi delegati dal ministero dell’Università e della Ricerca. L’impegno di tre enti italiani, il CNR, l’INFN e Elettra, è stato fondamentale per l’istituzione di ELI ERIC.
L’Italia sostiene da tempo ELI politicamente, ma i motivi principali per aderire sono fornire opportunità di collaborazione a scienziati e istituzioni italiane. “L’Italia ha interessi scientifici nel settore e la struttura ELI fornisce opportunità tecnologiche non raggiungibili nei laboratori nazionali” conclude De Silvestri.
