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M. Petrarca
Author with expertise in Terahertz Technology and Applications
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Discrimination of natural and synthetic forms of azurite: An innovative approach based on high-resolution terahertz continuous wave (THz-CW) spectroscopy for Cultural Heritage

Candida Moffa et al.Jun 13, 2024
It is not always possible to discriminate natural and synthetic forms of pigments in a non-invasive way. In this work, we demonstrate that THz spectroscopy allows for this selective discrimination of chemically related compounds. In the presented results, we show the spectral characterization of the following copper carbonates: natural azurite and two of its synthetic forms, bice blue and blue verditer. In particular, the physical properties of the two synthetic forms were characterized for the first time in the terahertz spectral range by exploiting a high-resolution coherent terahertz Continuous Wave (THz-CW) spectrometer. The findings reveal distinct absorption spectra for the three chemically related pigments, showing specific fingerprints that can be used to discriminate the natural compound from the synthetic forms. In fact, we show that by THz-CW it was possible to discriminate those pure components in binary mixtures and quantify the single components contribution. This identification is of great interest to assist in dating artworks or evidence restoration and retouching treatments. The results demonstrate that THz-CW spectroscopy can pave the way to an innovative approach to the Cultural Heritage field.
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Dose increment in ultrashort particle irradiations via coherent stopping power

A. Curcio et al.Sep 25, 2024
We present a relativistic self-consistent theory of the coherent stopping power (CSP) of ultradense charged particle beams propagating in a dense matter. CSP corresponds to a collective inelastic collision which adds to the ordinary stopping power of individual particles. Unlike the latter, which depends only on the particles' energy, CSP depends upon many more parameters such as the total charge of the ensemble and its charge density and shape. This paves the way for a broad variety of novel methods to tailor particle absorption and penetration in a dense matter. CSP losses can be explained both by collective excitations of single or multiple molecules and by the emission of coherent Cherenkov radiation. Here we demonstrate that the former mechanism is more relevant than the latter. We find that the coherent energy absorption of subpicosecond particle bunches in water occurs exciting a broad Debye process in the GHz range and an intermolecular stretching vibration mode in the THz region. We generalize the Bethe-Bloch stopping power formula to coherent effects including self-forces, dielectric screening, and absorption by the dense matter. For the sake of a self-consistent dynamical theory including phase space evolution, we have also generalized the Fermi-Eyges theory of particle diffusion to the presence of forces. Nonlinear dynamics is demonstrated, inducing nonlinear dose release, beam self-focusing, and self-enhancement of coherent losses. Given the advent of ultraintense particle sources and their use for biomedical and other relevant applications, our results may be of paramount importance for contemporary and future developments of science and technology. Published by the American Physical Society 2024
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Measurement of femtosecond incoherent XUV pulses using shot-noise-driven fluctuations in plasma betatron sources

A. Curcio et al.Jan 15, 2025
The duration of incoherent XUV pulses down to the femtoseconds (fs) can be retrieved through a statistical analysis of the modulations on the observed radiation spectrum. Uncorrelated shot-noise fluctuations in the pulse temporal profile result in incoherent radiation showing a multispike spectrum where the spike width is inversely proportional to the pulse length. In this Letter, single-shot temporal characterization of the betatron radiation pulses emitted by fs-long, 100's MeV electron bunches undergoing acceleration, and propagating through a plasma wiggler was performed in the XUV domain. The retrieved pulse lengths agree with independent measurements performed in the THz spectral range and with theoretical predictions. locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon Physics Subject Headings (PhySH)Electromagnetic field calculationsPhotonicsSecondary beamsShot noiseElectron sourcesLow- & intermediate-energy acceleratorsMedical applications of acceleratorsParticle accelerator facilitiesPulsed-power acceleratorsSynchrotron radiation & free-electron lasersEnergy-dispersive x-ray spectroscopyPhoton counting