Le linee di luce di ELETTRA ricevono raggi-X da due speciali tipi di dispositivi detti wigglers e ondulatori.
Consideriamo le seguenti domande: perché permettere agli elettroni di illuminare ogni linea di luce una volta ad ogni giro attorno all'anello? Perché non forzarli in una traiettoria a zig-zag, così che la linea di luce posizionata alla fine di essa possa raccogliere luce molte volte ad ogni giro piuttosto che una sola?
Un wiggler funziona esattamente così: è costituito da una serie periodica di magneti, posti in una sezione dell'anello dove la traiettoria dell'elettrone sarebbe altrimenti diritta; a causa della sua azione, gli elettroni sono forzati a muoversi oscillando periodicamente attorno ad una traiettoria diritta. Il risultato è un flusso molto alto di raggi-X lungo la linea di luce.
Un ondulatore è simile ad un wiggler eccetto che per un punto: forza gli elettroni ad effettuare oscillazioni molto più deboli, cosicché durante l'intero moto a zig-zag la luce continua ad illuminare la linea di luce dell'ondulatore. Il risultato è un impulso più lungo piuttosto che una serie di brevi impulsi. Ma senza brevi impulsi non vi è un'ampia banda di lunghezze d'onda, perciò l'emissione dell'ondulatore non viene diffusa in un'ampia banda, ma è concentrata, producendo alti livelli di flusso e brillanza. Le caratteristiche tecniche degli ondulatori e wiggler di ELETTRA permettono di raggiungere valori record di flusso e brillanza.
Emissione di luce di sincrotrone:
La relatività di Einstein trasforma il largo periodo di un ondulatore in una microscopica lunghezza d'onda di raggi-X.
Un elettrone viaggia verso un ondulatore alla velocità, v, prossima a quella della luce: in virtù della relatività, "vede" la lunghezza L ed il periodo L/n (n=numero di periodi) dell'ondulatore che si restringono di un fattore ˜ γ
L'ondulatore forza l'elettrone a muoversi ed emettere luce di sincrotrone di una lunghezza d'onda uguale al suo periodo ˜L/nγ. Per effetto del moto dell'elettrone (effetto Doppler), quando è vista da un punto di riferimento fisso questa lunghezza d'onda si restringe ulteriormente di un fattore ˜2γ.
Gli ondulatori rivelano anche un altro legame tra la luce di sincrotrone e la relatività.
Consideriamo la seguente domanda: perché la lunghezza d'onda emessa dall'ondulatore non è uguale al periodo di allineamento del magnete (alcuni centimetri), ma 20-30 milioni di volte più piccola, come richiesto dai raggi-X?
La risposta si può dare in termini di relatività: immaginate l'ondulatore visto da un elettrone che viaggia attraverso di esso, lungo il suo asse. L'elettrone si muove alla velocità della luce, perciò vede l'ondulatore compresso lungo la sua lunghezza, a causa del noto effetto relativistico detto contrazione di Lorentz.
Perciò, la lunghezza d'onda emessa è ridotta rispetto al periodo dell'ondulatore, nel caso di ELETTRA, di un fattore di 3000-4000. Inoltre, la lunghezza d'onda emessa è influenzata dallo stesso effetto Doppler che produce il fenomeno della torcia. Nel caso in oggetto l'effetto Doppler causa un'ulteriore riduzione della lunghezza d'onda di 6000-8000. Pertanto la relatività comprime la lunghezza d'onda due volte, e trasforma il periodo piuttosto ampio dell'ondulatore in raggi X con lunghezza d'onda ultracorta.