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 all’intervallo del picosecondo, nonché l’imaging relativo alla medicina nucleare mediante tomografia a emissione di positroni (PET).
I personal computer si stanno gradualmente avvicinando alla velocità in cui è possibile eseguire un singolo calcolo in un picosecondo. Un computer di casa con un microprocessore che funziona a tre gigahertz esegue tre miliardi di cicli al secondo. Ciò significa che in realtà ci vogliono circa 330 picosecondi per eseguire una singola operazione binaria.
I supercomputer negli Stati Uniti e in Cina superano già la velocità di un picosecondo per operazione. Uno dei supercomputer più veloci degli Stati Uniti può eseguire 360 trilioni di operazioni al secondo, leggermente più veloce di un’operazione al picosecondo. La Cina ha rivelato un supercomputer nel 2010 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 operare nell’intervallo dei picosecondi emettono impulsi luminosi ogni una fino a diverse decine di picosecondi nel tempo. Esistono diversi tipi di progetti laser che possono funzionare a queste velocità, inclusi laser a stato solido sfusi, laser a fibra con modalità bloccata e laser Q-switched. Ogni modello è costruito sul diodo a picosecondi, che può essere bloccato in modalità o commutato a guadagno, modificando la frequenza degli impulsi da velocità di nanosecondi che sono in miliardesimi di secondo, ad almeno dieci volte più veloci nell’intervallo di 100 picosecondi.
Sebbene laser così ultraveloci siano difficili da immaginare, esiste un livello ancora più veloce di modelli. Un laser a impulsi a picosecondi è 1,000 volte più lento di un laser a femtosecondi. Ciò rende i progetti al picosecondo meno all’avanguardia e notevolmente più economici per usi come la microlavorazione di componenti. Entrambi i tipi di laser hanno livelli di prestazioni simili per i lavori a cui sono affidati.
Nel campo della medicina nucleare, una macchina PET costruisce un’immagine attraverso raggi gamma che interagiscono 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 tentando di ridurre il tempo di volo effettivo fino a meno di 300 picosecondi, attraverso miglioramenti nei fotorivelatori, negli stessi cristalli scintillanti e nell’elettronica associata. Sebbene queste velocità siano già incredibilmente elevate, ricostruire un’immagine delle regioni del corpo umano da queste emissioni è un processo lento e dispendioso in termini di tempo che spesso richiede diversi giorni per essere completato.