Voda kaplje kao minijaturni akcelerator

Bombardiranje kapljica ultra-jakim laserskim bljeskovima stvara usmjerene protonske zrake

Ono što izgleda kao pomračenje Sunca je raspodjela električnog polja oko kapljice vode. Intenzivni laserski puls (s lijeve strane) ubrzava protone s površine pada. © MBI
čitati naglas

Fizičari su bombardirali kapljice finog mlaza vode s ultra moćnim laserskim bljeskovima i tako su mogli proizvesti usmjerene protonske zrake. Laserske inducirane protonske zrake imaju izvrsnu kvalitetu snopa i stoga mogu predstavljati alternativu konvencionalnim akceleratorima za određene primjene u medicini ili analizi materijala, objavili su istraživači u časopisu "Physical Review Letters".

Klasični akceleratori čestica postaju sve veći. Rekord drži Veliki hadronski sudarač u švicarskom Cernu s obimom 27 kilometara. Fizičarima su potrebne ove proporcije da ubrzaju čestice do sve viših energija. Kad se takve zrake čestica sudaraju, nastaje veliki broj novih elementarnih čestica. Fizičari žele doći do dna materije na stazi.

Laser kao spiner čestica

Čak i uz lasere, čestice se mogu ubrzati, mada manje dosad. Laserski fizičari upućuju ultra kratke, izuzetno jake laserske impulse na materiju, obično na tankoj foliji, stvarajući tako plazmu u kojoj se elektroni oslobađaju iz atomskog jezgra. Visoka energija laserskog impulsa stvara snažno usmjereno elektromagnetsko polje sposobno ubrzati protone.

Protonske zrake snižavaju energiju

Protonske zrake niže su energije od akceleratora čestica. Ali imaju posebnost: Njihova emisija - vrsta čistoće eksplozije - sto je puta veća nego kod klasičnih akceleratora. Iz tog razloga, fizičari lasera širom svijeta žele razviti novu generaciju kompaktnih akceleratora temeljenih na laserima.

Znanstvenici Instituta Max Born sada su koristili kapljice vode kao metu za svoje laserske impulse. "Kapljice u posebno pripremljenom mlazu vode teoretski omogućuju visoku stopu ponavljanja i do milijun puta u sekundi", kaže Thomas Sokollik, objašnjavajući interes istraživača. Film s druge strane mora nakon svakog snimanja mehanički poludjeti. prikaz

Napravite jedan od dva

U svom doktorskom radu Sokollik je želio otkriti je li moguće stvarati protonske zrake usmjerene bombardiranjem kapljica vode i koji se fizički procesi odvijaju.

Istraživači MBI podijelili su lasersku zraku sa svojim 30-vatnim laserom na dva snopa. Jedna su bila usmjerena na kapljice, a druga su proizvedena bombardiranjem tanke titanove folije istražnom protonskom snopom.

"Protoplast imaging"

Pomoću ovog takozvanog "protonskog snimanja" fizičari su dobili impresivne slike oblika elektromagnetskog polja koje se formiralo oko kapljice vode. Mogli su pokazati da se protoni iza kapljice vode ubrzavaju u smjeru laserskog impulsa.

Prema istraživačima, slike s protonskom snopom pokazale su iznenađujuće jasne strukture slične kanalima koje se mogu pomiriti s računalnim simulacijama. Fizičari su također mogli izmjeriti relativno brzo hlađenje električnog polja koje nisu očekivali. Ovaj fenomen objašnjava daljnja svojstva generiranog protonskog zračenja i pokrenuo je daljnje eksperimente.

Potrebno je još puno osnovnih istraživanja

Međutim, današnji laseri još nisu dovoljno snažni za praktične akceleratore, tvrde znanstvenici. I vršna snaga pojedinih impulsa i brzina ponavljanja trenutno ograničavaju njihovu upotrebu. MBI laser puca samo deset puta u sekundi. Sljedeća generacija sa 100 Hz i više već je u razvoju na MBI.

Brzim razvojem laserske tehnologije prema sve snažnijim modelima, fizičari vide dobre mogućnosti za takve izvore protona. Međutim, na području plazmi izazvane laserom znanstvenici vjeruju da je potrebno puno temeljnih istraživanja.

(idw - Forschungsverbund Berlin, 06.01.2010 - DLO)