Nasce la fotocamera a raggi X ultraveloce in grado di catturare immagini di atomi e virus

Il Politecnico di Milano, insieme a un consorzio internazionale coordinato dalla struttura di ricerca dell’European Xfel di Amburgo ha messo a punto la fotocamera a raggi X piu’ veloce al mondo in grado di fotografare le immagini di oggetti piccolissimi come proteine, virus e atomi. Il rivelatore Dssc (DePfet Sensor with Signal Compression) – afferma una nota del Politecnico – rivoluzionera’ il modo di studiare la materia a livello atomico e molecolare. Il nano – oggetto d’indagine viene posto tra la sorgente di scatti luminosi (emessi all’elevatissima frequenza di ripetizione di 4,5 milioni al secondo) e il rivelatore Dssc, che riesce eccezionalmente a captare con precisione ciascuno dei fotoni diffusi nell’impatto. Un singolo impulso di luce ha una durata di poche decine di femtosecondi ma e’ sufficiente affinche’ il rivelatore Dssc possa registrare un’immagine caratteristica del campione in analisi. Per studiare efficacemente oggetti tanto minuscoli, non e’ sufficiente un’unica “fotografia” con raggi X ma una serie scattata a intervalli ravvicinatissimi che finora non aveva una “pellicola” capace di fissare 4,5 milioni di immagini al secondo prodotte da raggi X a bassa energia.

Si tratta – continua la nota – di un enorme passo in avanti, se paragonato alla precedente generazione di sorgenti e rivelatori di raggi X, che moltiplichera’ esponenzialmente il numero di analisi possibili in tempi incomparabilmente piu’ brevi. Il rivelatore Dssc consentira’ non solo di “vedere” oggetti piccoli come atomi e nano-strutture biologiche ma anche di filmarne l’evoluzione temporale a seguito di specifici stimoli finalizzati a comprenderne il comportamento. La comunita’ scientifica avra’ quindi un’arma in piu’ per dipanare le complesse strutture di singole proteine o virus, con immediate ricadute sulla comprensione di malattie e sullo sviluppo di nuovi farmaci. Sara’ inoltre possibile acquisire immagini tridimensionali della materia su scala nanometrica o filmare l’evoluzione di una reazione chimica di interesse industriale. La messa in opera di questo rivelatore di immagini unico nel suo genere rappresenta il culmine di oltre un decennio di ricerca e sviluppo collaborativo internazionale. Dssc, progettato specificamente per i raggi X di bassa energia (da 0.5 a 6 keV), ampliera’ significativamente le capacita’ scientifiche della stazione di misura per Spettroscopia e Scattering Coerente (Scs) dell’European Xfel. In particolare, questo nuovo rivelatore permettera’ lo studio ultraveloce di strutture elettroniche, di spin e atomiche sulla scala temporale di decine di femtosecondi (1 fs = 10-15 s). Del consorzio internazionale fanno parte anche Desy (il centro di ricerca tedesco sulla fisica nucleare), l’Universita’ di Heidelberg, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e l’Universita’ di Bergamo. Il team del Politecnico di Milano, costituito da Andrea Castoldi, Carlo Fiorini e Chiara Guazzoni, ha coordinato lo sviluppo dell’elettronica di lettura a basso rumore e la calibrazione del rivelatore Dssc.