At spille billard med en laserstråle

Et forskerhold ledet af fysikere ved LMU München rapporterer om et betydeligt fremskridt inden for laser-drevet partikelacceleration. Brug af små plastikperler som mål, de har produceret protonklasser, der besidder unikke egenskaber, åbner nye muligheder for fremtidige studier.

I deres eksperimenter, et team ledet af fysikere ved LMU München affyrede en kraftig laserpuls mod en mikrometerstørrelse af plastkugle, sprænge en masse protoner fra målet og accelerere dem til hastigheder, der nærmer sig lysets hastighed. Den resulterende hastighedsfordeling er meget smallere end den, der opnås, når tynde metalfolier bruges som mål. Fysikeren præsenterer nu deres forskningsresultater i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation

I de seneste år er der set bemærkelsesværdige fremskridt i udviklingen af ​​en ny tilgang til accelerationen af ​​subatomære partikler. Denne strategi gør brug af de intense elektriske felter, der er forbundet med pulserende, højenergilaserstråler til at accelerere elektroner og protoner til 'relativistiske' hastigheder (dvs. hastigheder, der nærmer sig lysets). Hidtil, laserskuddet har generelt været rettet mod en tynd metalfolie, generere og accelerere et plasma af frie elektroner og positivt ladede ioner. Fysikere på LMU har nu erstattet foliemålet med en plastmikrosfære med en diameter på en milliondel af en meter. Disse perler er så små, at de ikke kan placeres stabilt ved hjælp af mekaniske midler. I stedet, forskerne bruger et elektrisk felt til at svæve målpartiklen. Ved hjælp af et feedback kredsløb, den leviterede perle kan fanges med tilstrækkelig præcision til at sikre, at den ikke driver væk fra stråleaksen. Den elektromagnetiske fælde blev designet og bygget i Institut for Medicinsk Fysik på LMU.

"Den grundlæggende tilgang er analog med kollisioner mellem billardbolde. I vores eksperiment, den ene kugle er lavet af lys, og den anden er vores lille leviterede mål, "forklarer Peter Hilz, der ledede eksperimenterne. Denne nye tilgang til frembringelse af protonstråler vil gøre forsøg mulige, som hidtil har været uden for rækkevidde.