Kunne en partikelaccelerator ved hjælp af laserdrevet implosion blive virkelighed?

Ja. En partikelaccelerator ved hjælp af laserdrevet implosion (partikelstråle) kunne blive virkelighed. Dette blev demonstreret, da ELI-forskere lykkedes med at accelerere ioner ved hjælp af lasergenererede protonstråler.

Baggrund:

Eksisterende acceleratorer (linacs, synkrotroner, cyklotroner) anvender eksternt genererede RF-potentialer til at accelerere og samle ladede partikler. For at nå TeV-energier har disse acceleratorer størrelser på kilometer eller miles.

Højeffektlasere åbner en ny vej mod kompakte acceleratorer, fordi de drivende elektromagnetiske felter er selvgenereret af forskydningsstrømmen i brændpunktet.

Laserdrevne accelerationsskemaer er baseret på accelerationen af ​​partikler i de stærke kvasistatiske elektriske felter eller de hurtigt bevægende elektromagnetiske felter, der genereres af interaktionen af ​​ultraintense laserimpulser med stof.

De involverede interaktionsmekanismer omfatter:

(a) Target Normal Sheath Acceleration (TNSA):i dette skema fokuseres en højintensiv laserimpuls på forsiden af ​​en tynd folie. I brændpunktet udstødes elektroner vinkelret på målets overflade, hvilket skaber et elektrostatisk felt (skede), der accelererer ioner fra målets bagside.

(b) Laser Wakefield Acceleration (LWFA):her udbreder laserimpulsen sig gennem en plasmakanal eller en gasstråle. Laserpulsens ponderomotive kraft udstøder elektroner fra midten af ​​interaktionsområdet, hvilket fører til dannelsen af ​​et vågenfelt. De elektriske felter i kølvandsstrukturen kan derefter accelerere efterfølgende elektroner eller positroner.

(c) Radiation Pressure Acceleration (RPA):i RPA overfører en højenergifoton sit momentum til en ladet partikel. Dette skema kan accelerere elektroner til ultrahøje energier ved at udnytte Breit-Wheeler-processen, hvor en gammastrålefoton omdannes til et elektron-positron-par i nærvær af et stærkt elektromagnetisk felt.

(d) Beam-Driven Plasma Wakefield Acceleration:I dette skema driver en ladet partikelstråle, såsom en protonstråle genereret fra en konventionel accelerator, et plasma-wakefield, der kan accelerere andre ladede partikler.

Partikelstråleacceleration ved hjælp af lasere er et hastigt voksende forskningsfelt med potentiale for betydelige fremskridt inden for partikelfysik, medicinske anvendelser og industrielle omgivelser.