L'apprendimento automatico ottimizza gli esperimenti con il laser ad alte prestazioni

Team internazionale di ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory, del Fraunhofer ILT e dell'ELI - Extreme Light Infrastructure presso la ELI Beamlines Facility, Praga, Repubblica Ceca. © ELI ERIC / Team internazionale di ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory, Fraunhofer ILT e ELI - Extreme Light Infrastructure presso la ELI Beamlines Facility, Praga, Repubblica Ceca. © ELI ERIC

Un team di scienziati e scienziate internazionali del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), dell'Institut Fraunhofer per la Tecnologia dei Laser ILT e dell'Extreme Light Infrastructure (ELI) ha condotto congiuntamente un esperimento di ottimizzazione di laser ad alte prestazioni con alta ripetibilità mediante l'uso di machine learning. Questo esperimento rappresenta un progresso significativo nella ricerca, nella comprensione e nell'applicazione pratica di laser ad alta energia.

»Il nostro obiettivo era dimostrare una diagnosi robusta di ioni ed elettroni accelerati da laser da bersagli solidi ad alta intensità e alta ripetibilità«, spiega Matthew Hill, ricercatore principale del LLNL. »Attraverso il rapido collegamento di un algoritmo di ottimizzazione proveniente dal campo del machine learning all'interfaccia del laser, è stato possibile massimizzare la resa del fascio di ioni generato.«

Combinando la tecnologia laser più avanzata con il machine learning, queste attività di ricerca congiunta aprono nuove possibilità per lo studio di altri campi come la terapia medica, le scienze dei materiali o il patrimonio culturale.

Più di 4000 impulsi, emessi durante la fase di test e che hanno superato costantemente le intensità laser di 3x10^21 W/cm² su bersagli solidi, hanno mostrato un'ottimizzazione evidente rispetto alle tipiche rese ioniche. »L'intero team ha prodotto con grande impegno una quantità enorme di dati di alta qualità. Questi devono ora essere elaborati affinché, in una fase successiva, possa essere analizzata la fisica sottostante«, afferma Hill.

L'esperimento si è svolto presso la struttura ELI Beamlines in Repubblica Ceca, dove i ricercatori hanno utilizzato il sistema laser avanzato ad alta ripetibilità High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Laser System (L3-HAPLS) per generare protoni nel acceleratore di ioni laser-plasma ELIMAIA. Il laser L3-HAPLS è noto per la sua stabilità di potenza dei impulsi laser, per la precisione, la qualità del fascio e la capacità di generare impulsi laser intensi con alta ripetibilità. Ciò permette di realizzare fonti secondarie per la produzione di elettroni, ioni e raggi X. L'incredibile precisione di ripetizione del L3-HAPLS ha consentito al team di concentrarsi sulla comprensione dell'interazione laser-plasma.

»Utilizzando HAPLS e combinandolo con il machine learning rivoluzionario, abbiamo avviato un progetto notevole per comprendere meglio la complessa fisica dell'interazione laser-plasma«, aggiunge Constantin Häfner, responsabile del Fraunhofer ILT e del dipartimento di tecnologia laser presso l'Università RWTH di Aquisgrana. »Le attività di ricerca congiunta sono una chiara testimonianza di come il lavoro di squadra e il progresso tecnologico possano contribuire ad ampliare i confini della conoscenza scientifica.«

Sia per la struttura che per il gruppo di ricercatori nel campo della fisica dei plasmi ad alta energia, la riuscita combinazione di machine learning con la diagnostica del bersaglio e il controllo della dispersione di un laser ad alte prestazioni con alta ripetibilità rappresenta un traguardo importante.

»Il successo nel condurre un esperimento così complesso è una prova della qualità eccelsa e dell'affidabilità del sistema laser L3-HAPLS«, afferma Bedrich Rus, scienziato principale dei laser presso ELI Beamlines. Daniele Margarone, direttore della ricerca e delle operazioni presso ELI Beamlines, riassume: »Con questi esperimenti, ELI dimostra la propria volontà e capacità di spingere oltre i confini della conoscenza. Noi di ELI siamo impegnati a rendere possibili esperimenti trasformativi che ridefiniscono le possibilità della scienza dei laser e oltre.«