Il laser ad elettroni liberi

La scoperta dei raggi X nel 1895 rappresenta il punto di partenza della fisica moderna. Non ha soltanto aperto la via alla rivoluzione della medicina che tutti conoscono: ha fornito la possibilità di osservare la struttura atomica della materia, ovvero di determinare sperimentalmente la disposizione spaziale degli atomi in un materiale o in una molecola. Grazie ai raggi X abbiamo potuto comprendere la relazione tra le proprietà di una sostanza e la sua struttura atomica. L’approfondimento di questa potenzialità ha motivato la ricerca di sorgenti sempre più intense di raggi X. A partire dalla seconda metà degli anni Sessanta, si è dato il via all’uso di acceleratori circolari di elettroni, originalmente concepiti per la fisica nucleare e sub-nucleare, come straordinarie sorgenti di raggi X (la cosiddetta luce di sincrotrone). Dal 2009 in poi, lo sfruttamento degli acceleratori lineari è stato impiegato per produrre raggi X ancora più intensi e coerenti, proprio come la luce visibile di un laser. Questi laser ad elettroni liberi aprono una nuova finestra sulla struttura atomica della materia: dalla “fotografia” statica degli atomi al “film” dei movimenti atomici nelle reazioni chimiche, nella rottura dei legami chimici e ricostituzione degli stessi, così come nei cambiamenti di stato. L’Italia è da sempre in prima fila in questo sviluppo, con il progetto FERMI a Trieste e con la partecipazione al progetto European XFEL di Amburgo.