Fra le nuove tecniche di accelerazione di particelle che vengono studiate oggigiorno, quelle basate sull'utilizzo di LASER risultano molto promettenti. In particolare quelle basate sull'interazione LASER-Plasma (LWFA), che permettono la generazione di campi accellerati dell'ordine dei 100GV/m, e quelle basate sulla radiazione THz prodotta tramite differenti interazioni non-lineari tramite LASER ultracorti (fs), tale radiazione infatti permette di ottenere campi elettrici molto intensi con lunghezze d'onda di 0.1-1.0 mm.
L'utilizzo di queste nuove tecniche è molto importante per il futuro della fisica degli acceleratori in quanto permetterebbero di ridurre le dimensioni delle macchine acceleratrici di un fattore fino al 100. Questo aprirebbe nuove possibilità sia nella ricerca, con la possibilità di costruire acceleratori lineari ad energie molto più elevate a parità di dimensioni, sia nella tecnica in quanto permetterebbe di ridurre notevolmente costi e spazi delle macchine di ricerca ed industriali.
Lo studio prevede di indagare la produzione ed ottimizzazione di tali tecniche e le loro possibili applicazioni nella fisica degli acceleratori, sia allo scopo di accelerazione di particelle sia nell'utilizzo come diagnostica sui fasci di particelle esistenti e futuri.
Lo sviluppo di nuove tecniche di accelerazione è di elevata importanza nell'odierna fisica degli acceleratori in quanto si è giunti alla necessità di realizzare acceleratori di dimensioni superiori ad LHC con i suoi 27 Km di circonferenza. È evidente quindi che la possibilità di ottenere accelerazioni di pari portata ma su scale molto più ridotte, centinaia di metri, presenti una nuova possibilità di crescita nel settore.
Su scala più ridotta questo può portare alla realizzazione di acceleratori industriali o medicali più compatti permettendo quindi il loro utilizzo in una più ampia gamma di applicazioni e con costi più ridotti rispetto alla situazione odierna. Di particolare rilevanza in questo ambito sono gli acceleratori utilizzati negli ospedali per adroterapia o per la produzione di elementi radioattivi per il tracciamento dei tumori. La possibilità di rendere queste macchine più compatte e meno costose potrebbe rendere di più facile accesso tali cure.
La ricerca prevede quindi di affrontare uno studio sistematico delle nuove promettenti tecniche basate sull'utilizzo dei laser quali la LASER Wakefield Acceleration (LWFA) e la generazione ed utilizzo diretto della radiazione THz. Queste sono infatti tra le nuove tecniche più promettenti che possono permettere questo balzo in avanti nelle macchine acceleratrici.
In particolare in questa ricerca ci si pone l'obiettivo di studiare i vari sistemi di produzione THz allo scopo di ottimizzare la produzione della stessa e di permetterne una elevata conoscenza per ottenere le caratteristiche necessarie all'applicazione nelle macchine acceleratrici.
Sperimentalmente verranno testati nuovi e vecchi metodi di produzione al fine di rendere di facile accesso ed utilizzo la radiazione THz così da permetterne un più ampio utilizzo in differenti ambiti. La radiazione così prodotta verrà anche utilizzata per lo studio di differenti materiali, tramite tecniche spettroscopiche. Questo permetterà di indagare la risposta nella regione del THz di molti materiali che ad oggi non sono stati indagati in tale regione.
Questo studio è particolamente importante in quanto la maggiore conoscenza del comportamento dei materiali nello spettro THz potrà permettere di trovare nuovi materiali utili in questa tecnologia, e anche di trovare nuovi utilizzi di questa tecnologia in applicazioni differenti e di interesse commerciale ed industriale.