FERMI compie quindici anni di ‘luce ultrarapida’, il futuro del laser di Elettra

19.12.2025 – 10.30 – Una luce che, da quindici anni, brilla sull’altipiano del carso. O quantomeno, considerando le caratteristiche, scorre ultraveloce. Si tratta di FERMI che, nella cornice di Elettra Sincrotrone, emetteva il 14 dicembre 2010 il suo primo impulso di luce ultrarapida. Una simbolica, prima, accensione che ha poi permesso a FERMI di diventare un’infrastruttura di ricerca di primo piano nell’ambito della luce coerente nell’estremo ultravioletto e nei raggi X soffici.
Se molte nazioni progettano di costruire laser ad elettroni liberi per lo studio dei fenomeni ultraveloci, Trieste (e l’Italia) è stata tra le poche ad averlo fatto davvero, garantendo un ruolo di primo piano non solo nella ricerca scientifica, quanto nella diplomazia internazionale: sono davvero tanti i ricercatori, d’ogni parte del mondo, che visitano il capoluogo per questo scopo.
L’idea di fondo prevedeva di utilizzare un laser esterno come ‘seed’, un seme di luce capace di impartire ordine al fascio di elettroni prima della generazione dell’impulso finale. Questo genere di struttura, progettato già nel 2007 da Elettra Sincrotrone, consente a FERMI di partire da un segnale già ordinato e sotto controllo, evitando di lasciare che il fascio di elettroni generi luce in modo spontaneo e senza guida.

Allo stadio attuale FERMI costituisce pertanto una sorgente per esperimenti che richiedono controllo della fase e della durata degli impulsi con scale temporali del femtosecondo che equivale a un milionesimo di miliardesimo di secondo e dell’attosecondo che equivale a un miliardesimo di miliardesimo di secondo.
Gli attosecondi sono stati proprio di recente al centro del Premio Nobel per la Fisica 2023 che è stato assegnato a Pierre Agostini e Ferenc Krausz e Anne L’Huillier per la generazione di impulsi con sorgenti laser convenzionali. Il Premio Nobel ha indicato una tendenza della fisica contemporanea che studia la materia durante i suoi processi. I laser ad elettroni liberi e FERMI estendono questi risultati ai raggi X con lunghezze d’onda che hanno una scala paragonabile a fenomeni atomici. Queste regioni dello spettro servono a capire il comportamento di molecole complesse e materiali avanzati e sistemi biologici.

Nei quindici anni dalla sua ‘prima luce’ FERMI ha aperto la strada a ricerche con la partecipazione di centinaia di ricercatori da oltre 15 Paesi che includono la dinamica delle molecole e le trasformazioni di materiali magnetici e tecniche come l’interferometria su scale elettroniche e l’imaging coerente e la spettroscopia non lineare.
La caratteristica che ha reso possibile questi risultati è la ripetibilità e stabilità degli impulsi.
Il funzionamento ‘a seme’ di FERMI garantisce condizioni da un impulso all’altro che sono un risultato difficile da ottenere in sorgenti che si basano sull’emissione spontanea amplificata.

Con il progetto FERMI 2.0 che verrà sviluppato nei prossimi anni (quando verranno ottenute le risorse necessarie), l’infrastruttura guarda a un’estensione delle proprie capacità verso regioni spettrali di maggiore energia, in particolare la water window, di grande interesse per lo studio di sistemi biologici, processi chimici in soluzione e materiali complessi.