Ett forskargrupp som leds av fysiker vid LMU München rapporterar ett betydande framsteg i laserdriven partikelacceleration. Med små plastpärlor som mål, de har producerat protonkluster som har unika egenskaper, öppna nya möjligheter för framtida studier.

I deras experiment, ett team under ledning av fysiker vid LMU München avfyrade en kraftfull laserpuls mot en mikrometerstor plastsfär, spränga ett gäng protoner från målet och accelerera dem till hastigheter som närmar sig ljusets hastighet. Den resulterande hastighetsfördelningen är mycket smalare än den som erhålls när tunna metallfolier används som mål. Fysikern presenterar nu sina forskningsresultat i den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation

De senaste åren har märkbara framsteg gjorts i utvecklingen av ett nytt tillvägagångssätt för acceleration av subatomära partiklar. Denna strategi använder de intensiva elektriska fälten i samband med pulserande, laserstrålar med hög energi för att accelerera elektroner och protoner till 'relativistiska' hastigheter (dvs. hastigheter som närmar sig ljusets). Hittills, laserskottet har i allmänhet riktats mot en tunn metallfolie, generera och accelerera en plasma av fria elektroner och positivt laddade joner. Fysiker vid LMU har nu ersatt foliemålet med en plastmikrosfär med en diameter på en miljonedel av en meter. Dessa pärlor är så små att de inte kan placeras stabilt med mekaniska medel. Istället, forskarna använder ett elektriskt fält för att sväva målpartikeln. Med hjälp av en återkopplingskrets, den leviterade pärlan kan fångas med tillräcklig precision för att säkerställa att den inte glider av strålaxeln. Den elektromagnetiska fällan designades och byggdes på Institutionen för medicinsk fysik vid LMU.

"Det grundläggande tillvägagångssättet är analogt med kollisioner mellan biljardbollar. I vårt experiment, en av bollarna är gjord av ljus och den andra är vårt lilla svävande mål, "förklarar Peter Hilz, som ledde experimenten. Detta nya tillvägagångssätt för generering av protonstrålar kommer att göra experiment möjliga som hittills varit utom räckhåll.