C’è un momento in qualsiasi film o cartone animato con uno scienziato pazzo quando girano un interruttore o mescolano due sostanze chimiche e boom, il loro laboratorio esplode e il fumo esce dalle finestre e porte. In realtà, almeno nell’era moderna, le esplosioni di laboratorio sono scoraggiate. Ma un recente esperimento con l’elettromagnetismo a Tokyo ha prodotto il più forte campo magnetico controllato mai creato, riferisce Samuel K. Moore a IEEE Spectrum, abbastanza potente da far saltare le porte blindate del laboratorio.
Il big bang è avvenuto quando i ricercatori dell’Università di Tokyo hanno pompato 3,2 megajoule di elettricità in una bobina appositamente progettata per produrre un enorme campo magnetico. Mentre i ricercatori speravano che il campo avrebbe raggiunto 700 tesla, l’unità utilizzata per misurare la densità di flusso magnetico o informalmente, l’intensità del campo magnetico. Invece, il campo ha raggiunto 1.200 tesla. Questo è circa 400 volte più forte della più potente macchina MRI, che produce tre tesla. L’esplosione risultante ha piegato l’armadio di ferro in cui il dispositivo era racchiuso e ha fatto saltare le porte di metallo.
“Ho progettato l’armadio di ferro per resistere a circa 700 T”, dice a Moore il fisico Shojiro Takeyama, autore senior dello studio sulla rivista Review of Scientific Instruments. “Non mi aspettavo che fosse così alto. La prossima volta, lo farò più forte.”
Per fortuna, i ricercatori stessi erano nascosti in una sala di controllo, protetti dall’esplosione.
Così, cosa stavano facendo Takeyama e i suoi colleghi lasciando esplodere massicci boati magnetici nel centro di Tokyo? Rafi Letzer a LiveScience spiega che gli scienziati hanno perseguito campi magnetici controllati sempre più grandi per diversi decenni. Takeyama ha cercato di battere il livello di 1.000 tesla per gli ultimi 20 anni, raggiungendo l’obiettivo con questo nuovo dispositivo.
In sostanza, l’elettromagnete è una serie di tubi costituiti da una bobina con una bobina interna di rame al suo interno. Quando massicce quantità di elettricità vengono fatte scorrere attraverso le bobine, la bobina interna collassa su se stessa ad una velocità di Mach 15, che è più di 3 miglia al secondo. Il campo magnetico nella bobina si comprime sempre di più fino a raggiungere livelli incredibilmente alti. Poi, in una frazione di secondo, il tutto collassa, provocando l’esplosione. Con un po’ più di ingegneria e alcune porte più forti, il team crede di poter spingere il loro dispositivo a 1.800 tesla.
Questo non è stato il più grande campo magnetico mai generato dall’uomo. Alcuni campi super-forte sono prodotti da laser, ma sono così piccoli e di breve durata che sono difficili da studiare o utilizzare. Takeyama dice a Letzer che storicamente, i ricercatori americani e russi hanno fatto alcuni test su larga scala all’aperto utilizzando alti esplosivi confezionati intorno a bobine magnetiche, producendo campi fino a 2.800 tesla. Ma anche questi sono imperfetti.
“Non possono condurre questi esperimenti in laboratori al chiuso, quindi di solito conducono tutto all’aperto, come in Siberia in un campo o da qualche parte in un luogo molto ampio a Los Alamos”, dice. “E cercano di fare una misurazione scientifica, ma a causa di queste condizioni, è molto difficile fare misure precise.”
Lo strumento del team, tuttavia, può essere utilizzato in un ambiente di laboratorio controllato e produce un campo relativamente grande, poco meno di un nanometro, che è abbastanza grande per fare un po’ di scienza reale. Secondo un comunicato stampa, l’obiettivo è quello di produrre un campo magnetico controllato che potrebbe essere utilizzato dai fisici. La speranza è che il campo possa essere controllato abbastanza bene che i materiali possano essere collocati all’interno del minuscolo campo in modo che i ricercatori possano portare gli elettroni al loro “limite quantico”, in cui le particelle sono tutte nel loro stato fondamentale, rivelando proprietà che i ricercatori devono ancora scoprire. In questo caso, più grande è meglio.
“In generale, più alto è il campo, la risoluzione della misurazione diventa sempre migliore”, dice Takeyama a Moore all’IEEE.
L’altra possibile applicazione – una volta che hanno ottenuto le esplosioni lavorate fuori dal sistema – è l’uso nei reattori a fusione, un tipo di dispositivo per la produzione di energia in cui il plasma è tenuto stabile utilizzando un forte campo magnetico mentre il suo idrogeno si fonde, creando una reazione simile a quella del sole e produrre energia pulita quasi illimitata. Secondo il comunicato, i ricercatori credono di dover essere in grado di controllare un campo magnetico di 1.000 tesla per produrre una fusione nucleare sostenuta.