Che cos'è un picosecondo?

Un picosecondo è un trilionesimo di secondo. È una misura del tempo che entra in gioco con tipi di tecnologia come laser, microprocessori e altri componenti elettronici che funzionano a velocità estremamente elevate. La ricerca in fisica nucleare comprende anche misurazioni che si avvicinano alla gamma del picosecondo, nonché l'imaging di medicina nucleare correlata usando la tomografia ad emissione di positroni (PET).

I personal computer si stanno gradualmente avvicinando alla velocità in cui un singolo calcolo può essere eseguito in un picosecondo. Un computer di casa con un microprocessore che gira a tre gigahertz si esibisce a tre miliardi di cicli al secondo. Ciò significa che in realtà sono necessari circa 330 picosecondi per eseguire una singola operazione binaria.

I supercomputer negli Stati Uniti e in Cina superano già il picosecondo per velocità operativa. Uno dei supercomputer più veloci negli Stati Uniti può fare 360 ​​trilioni di operazioni al secondo, che è leggermente più veloce di un'operazione per picosecondo. Nel 2010 la Cina ha rivelato un supercomputer in grado di eseguire 2,5 petaflop al secondo o 2,5 quadrilioni di operazioni al secondo, il che significa che ogni picosecondo esegue in modo ottimale 2.500 calcoli.

I laser progettati per funzionare nella gamma dei picosecondi emettono impulsi di luce ciascuno a diverse decine di picosecondi nel tempo. Esistono diversi tipi di design laser che possono funzionare a queste velocità, inclusi laser allo stato solido sfusi, laser a fibra bloccati in modalità e laser a commutazione Q. Ogni modello è basato sul diodo picosecondo, che può essere bloccato in modalità o commutato in guadagno, modificando le frequenze di impulso da velocità di nanosecondi che sono in miliardesimi di secondo, ad almeno dieci volte più veloce nella gamma dei 100 di picosecondi.

Sebbene tali laser ultraveloci siano difficili da immaginare, esiste un livello ancora più rapido di modelli. Un laser a impulsi di picosecondi è 1.000 volte più lento di un laser a femtosecondi. Ciò rende i disegni a picosecondi meno all'avanguardia e notevolmente più economici per usi come la micro-lavorazione dei componenti. Entrambi i tipi di laser hanno livelli simili di prestazioni per i lavori a cui sono assegnati.

Nel campo della medicina nucleare, una macchina PET costruisce un'immagine attraverso raggi gamma interagendo con cristalli scintillanti per produrre elettroni Compton a velocità ottimali di circa 170 picosecondi. In realtà, questo è di solito molto più lento e richiede da 1 a 2 nanosecondi di lunghezza per particella di emissione. La ricerca sul tempo di volo PET (TOFPET) sta cercando di ridurre il tempo di volo effettivo a meno di 300 picosecondi, attraverso miglioramenti nei fotorilevatori, i cristalli scintillanti stessi e l'elettronica associata. Sebbene questi tassi di velocità siano già incredibilmente veloci, ricostruire un'immagine delle regioni del corpo umano da queste emissioni è un processo lento, che richiede tempo e che spesso richiede diversi giorni per essere completato.