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La fisica degli acceleratori di particelle è stata caratterizzata nel suo progresso verso il raggiungimento di energie sempre maggiori da un graduale aumento delle dimensioni delle macchine acceleratrici, con costi conseguentemente più alti. In effetti non è pensabile diminuire le dimensioni di un acceleratore convenzionale aumentando ulteriormente il valore dei campi elettrici acceleranti, in quanto il loro limite è determinato dalla soglia di breakdown dei materiali (circa 100 MV/m).
In un plasma tale limite risulta superato, in quanto esso è un mezzo in cui la ionizzazione è già avvenuta. Al suo interno possono essere generati campi elettrici oltre 10^4 volte superiori rispetto a quelli degli acceleratori convenzionali. In linea di principio dunque in un plasma potrebbero essere accelerati elettroni ad energie dell’ordine di 1 TeV in meno di un metro.
Tali enormi campi elettrici vengono attualmente generati facendo propagare impulsi laser ultra-corti (decine di femtosecondi) ed ultra intensi (circa 10^20 W/cm2) in plasmi opportunamente pre-formati.
Tuttavia per ottenere risultati apprezzabili è necessario un lungo lavoro di ricerca per quanto riguarda lo studio delle interazioni tra laser di potenza e materiali su cui essi vengono focalizzati per produrre il plasma.
Nel quadro della caratterizzazione dei plasmi prodotti da laser con impulsi ai nanosecondi su getti di gas si inserisce questo lavoro, sviluppato presso il laboratorio ILIL dell'Istituto dei Processi Chimico-Fisici del CNR di Pisa, e svolto in collaborazione con il laboratorio SLIC del CEA di Saclay (Francia).
I plasmi pre-formati per studiare queste nuove tecniche di accelerazione ad altissimo gradiente di campo sono stati caratterizzati mediante tecniche interferometriche dotate di elevata risoluzione temporale (circa 3 ns).
Durante questo lavoro di tesi sono stati prodotti e caratterizzati plasmi con strutture specifiche per raggiungere più alti valori delle energie delle particelle accelerate, cercando al contempo di ridurre lo spread energetico.
L’analisi dei dati interferometrici si è avvalsa fra l’altro di metodi numerici innovativi sviluppati presso il laboratorio ILIL.