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13:37 23 Luglio 2019
Il progetto European XFEL

Esclusiva: Sputnik Germania presenta il miglior super laser al mondo

© Sputnik . Alexander Boos
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Il più potente laser a raggi x del mondo venerdì sarà messo in funzione ad Amburgo. Sputnik sarà presente, ma prima della cerimonia di apertura, ha visitato le sale sperimentali sotto terra.

I ricercatori vogliono svelare gli ultimi enigmi delle molecole e degli atomi. La Russia ha fornito il secondo contributo finanziario più corposo al progetto internazionale, coprendolo quasi per un terzo.

"Qui ci sono i principali leader scientifici mondiali" ha detto il professore Robert Feidenhans, amministratore delegato del progetto European XFEL al corrispondente di Sputnik. All'interno del grande complesso scientifico a Schönefeld, nei pressi di Amburgo, ha detto che, grazie al laser XFEL, è possibile fare un grande passo avanti in biologia e in altri settori di ricerca. "Saremo in grado di trovare nuove fonti di energia, ad esempio, con il fotovoltaico. L'industria chimica può ottenere benefici anche per i prodotti farmaceutici". Fisico radiologo, originario della Danimarca, da gennaio il professore è il direttore esecutivo del progetto XFEL. "Ma sto lavorando al progetto già da dieci anni, in generale, ho un'esperienza di 20 anni nell'ambito del mio lavoro scientifico" ha spiegato.  In precedenza ha lavorato presso l'Istituto Niels Bohr all'Università di Copenaghen.

Il viaggio nell'impero della scienza inizia con XFEL, l'X-ray Free-Electron Laser, ovvero i raggi laser a elettroni liberi
© Sputnik . Alexander Boos
Il viaggio nell'impero della scienza inizia con XFEL, l'X-ray Free-Electron Laser, ovvero i raggi laser a elettroni liberi

Il professore racconta il principio di funzionamento del laser: "generiamo qui lunghissime onde di luce che cadono sulla scala temporale delle molecole. Da queste, siamo quindi in grado di produrre fasci di radiazioni". Questo produce dei flash, che servono per fotografare le strutture minuscole atomiche e molecolari. Con l'aiuto della luce abbiamo la possibilità di registrare i processi a livello molecolare. In generale XFEL è un gigantesco microscopio. Qualcosa di simile è stato fatto in Giappone e alla Stanford university in California.

"I ricercatori di Stanford e del Giappone ci guardano già con una certa invidia" dice con un sorriso. Tuttavia, in tutto il mondo, con tutti i colleghi e i ricercatori, nel campo  dei raggi x e nella fisica, manteniamo attiva la collaborazione e lo scambio di esperienze".

Sotterraneo sperimentale, gli esperimenti sono condotti a una profondità di 14 metri
© Sputnik . Alexander Boos
"Sotterraneo sperimentale", gli esperimenti sono condotti a una profondità di 14 metri

Progetto internazionale: la Russia partecipa attivamente

Il costo del progetto internazionale è di circa 1,5 miliardi di euro. Solo la Germania ha stanziato 760 milioni di euro attraverso il ministero federale dell'Istruzione e della scienza. Il contributo della Russia al progetto è pari a circa un terzo del totale, il 27 per cento, in questo modo la Russia ha fornito il secondo contributo finanziario più grande. Oltre alla Russia, nel progetto sono coinvolti i seguenti paesi: Danimarca, Francia, Gran Bretagna, Italia, Polonia, Russia, Svezia, Svizzera, Slovacchia, Spagna e Ungheria.

Gli scienziati arrivano da diversi paesi, sono divisi in gruppi tematici per gli esperimenti. I raggi x del fascio laser vengono analizzati nei vari Hutches, squadre di sperimentatori. Perché XFEL  non è un grande progetto, dei raggi laser se ne occupano fisici e chimici allo stesso modo, come i professionisti della biomedicina, della biochimica o biologia strutturale. Vengono condotti due esperimenti scientifici sotterranei, ovvero l'Instrument FXE e lo SPB Instrument.

"Si prevedono ulteriori esperimenti" dice la dottoressa Rosemary Wilson, portavoce del team di ricerca. "Entro il 2019 avremo, probabilmente, altre quattro squadre di sperimentatori, tutti vogliono lavorare con i raggi laser". E ' incredibilmente soddisfatta: "la fase di sperimentazione è incredibile, un momento emozionante".

Unico in tutto il mondo: la più veloce telecamera a raggi x, la più alta energia di fotoni

"Senza il dispositivo a Stanford, tutto quello che ora vedete qui, non sarebbe esistito" dice il dottor Christian Bressler, responsabile del team dell'esperimento Instrument FXE. Funziona alla profondità di 14 metri sotto terra nel cosiddetto "sotterraneo sperimentale" del complesso, dove si compiono gli esperimenti. Lo scienziato descrive il complesso: "qui abbiamo l'apparecchiatura che si utilizza con i raggi x per la sperimentazione. Abbiamo anche un sistema laser con luce ottica. Con il suo aiuto possiamo testare le reazioni chimiche. Con un piccolo ritardo, un millesimo di miliardesimo di secondo, il laser registra con il flash del un laser i raggi x, per misurare lo stato delle reazioni nel processo". Simili esperimenti vengono compiuti con grandi intervalli di tempo, per capire come si muovono gli atomi nelle reazioni chimiche.

La squadra sotto la guida del dottor Christian Bressler che configura i raggi laser nel cosiddetto Hutches
© Sputnik . Alexander Boos
La squadra sotto la guida del dottor Christian Bressler che configura i raggi laser nel cosiddetto Hutches

Con questo scopo, gli elettroni vengono accelerati in un tunnel che si estende per 3,4 km ad una velocità di 17 elettronvolt. Accelerando il fascio elettronico si producono brevi lampi gamma a raggi x con le onde. Questi flash illuminano i processi biologici e chimici studiati. Le telecamere filmano tutto. "Per questo abbiamo bisogno di molte telecamere" ha detto Bressler, che dirige una squadra di 14 ricercatori. "Abbiamo il dispositivo a raggi x più veloce del mondo. Si può separare la struttura molecolare. Un altro dispositivo rimuove gli elettroni". L'obiettivo è quello di ripercorrere la stessa cosa dall'inizio di una reazione chimica.

Secondo il professore, XFEL è il laser con il più grande e potente acceleratore lineare ed ha superato quello che si trova a Stanford, California, dove gli scienziati sono riusciti a raggiungere la velocità di 120 flash al secondo. Il nuovo super-laser XFEL produce fino a 27 migliaia di lampi al secondo, ha sottolineato Bressler. Questi flash per qualche frazione di secondo hanno più luminosità della luce solare. "Questo è il modo in cui procediamo con le nostre conoscenze fondamentali nella ricerca. Potrebbe essere interessante per il fotovoltaico. E la seconda caratteristica unica è l'altissima energia dei fotoni".

Il centro di controllo dei server della missione, qui gli scienziati osservano i risultati, leggono con schermi indicatori degli esperimenti. Il secondo da sinistra è il dottor Bressler
© Sputnik . Alexander Boos
Il centro di controllo dei server della missione, qui gli scienziati osservano i risultati, leggono con schermi indicatori degli esperimenti. Il secondo da sinistra è il dottor Bressler

Esplorare i virus

Lo strumento FXE è solo uno dei molti progetti sperimentali nei "sotterranei" di XFEL. L'altra squadra si chiama SPB Instrument, si trova proprio accanto al team del dottor Bressler. "Ci occupiamo, principalmente, della biologia, in particolare quella farmaceutica" ha detto il capo di questo gruppo, il dottor Mark Messerschmidt, in un'intervista  a Sputnik. "Stiamo esplorando la sostanza direttamente interessata alle proteine o ai recettori. Inoltre, siamo in grado di osservare direttamente il virus e, di conseguenza, in grado di registrare per la farmacologia la struttura atomica virale. I farmacisti saranno in grado di sviluppare  così alcune sostanze, che sapranno adattarsi a questo o quel virus". Così l'industria farmaceutica riuscirà a risparmiare una certa quantità di anni di ricerca. Inoltre, secondo il dottore, "è molto interessante" lavorare insieme a colleghi stranieri. In totale, alle strutture scientifiche lavorano circa 300 persone.

FXE è rivestita di piombo e ha le dimensioni di un piccolo ufficio. Qui gli scienziati durante gli esperimenti non possono sostare a lungo per l'intensa emissione di raggi x e ci sono molti cartelli con le segnalazioni.
© Sputnik . Alexander Boos
FXE è rivestita di piombo e ha le dimensioni di un piccolo ufficio. Qui gli scienziati durante gli esperimenti non possono sostare a lungo per l'intensa emissione di raggi x e ci sono molti cartelli con le segnalazioni.

"Qui compiamo la diffrazione di raggi x su particelle biologiche, cristalli, molecole, soprattutto proteine. Studiamo le sostanze che interessano a proteine e recettori" ha detto Messerschmidt, che ha trovato il tempo per un'intervista dopo pranzo, anche se con la squadra, secondo le sue stesse parole, era stato per 20 minuti in piedi di fronte al "raggio. Questo vuol dire lavorare al raggio laser". Fare l'intervista dopo il raggio, secondo il chimico, era in realtà "improbabile. Perché il raggio durerà fino alle cinque del mattino".

Come funziona: questo fascio del laser a raggi x ha bisogno di più team di ricercatori. A destra: FXE, SPB/SFX, ecc.
© Foto : European XFEL GmbH (© 2017)
Come funziona: questo fascio del laser a raggi x ha bisogno di più team di ricercatori. A destra: FXE, SPB/SFX, ecc.

Il portavoce ha detto: l'European XFEL è senza scopo di lucro, l'organizzazione è pubblica, hanno strettamente collaborato il centro di ricerca DESY di Amburgo-Barenfeld, che "lavora in maniera indipendentemente". Anche lì gli elettroni sono posti in un tunnel di 3,4 km. Oggi alle ore 15.00 si terrà la cerimonia di lancio del progetto a Schönefeld, nei pressi di Amburgo. "A vedere l'inaugurazione dei raggi più luminosi del mondo sono invitati più di 800 ospiti, rappresentanti scientifici e politici" ha scritto il quotidiano locale Schenefelder Bote nel suo ultimo numero. In particolare, alla cerimonia è prevista la presenza del ministro dell'Istruzione e della scienza Johanna Вank, il ministro dell'istruzione del land Schleswig-Holstein Karin Prin, il sindaco di Amburgo Olaf Scholz, i rappresentanti del progetto XFEL provenienti da diversi paesi.

Alexander Boos

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Tags:
Laser, Ricerca scientifica, Germania
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