Uno schema di accelerazione ionica guidato da laser, sviluppato nella ricerca condotta presso l'Università di Strathclyde, potrebbe portare a sorgenti di ioni compatte per applicazioni scientifiche consolidate e innovative, medicina e industria.

L'accelerazione dei protoni ad energie nell'intervallo di 100 mega-elettronvolt è stata ottenuta eccitando uno schema di accelerazione ionica ibrida in un bersaglio a lamina ultrasottile irradiato da un intenso impulso laser.

I risultati della ricerca potrebbero avere importanti implicazioni per l'avanzamento di piccoli, più economico, acceleratori di ioni laser e le loro numerose potenziali applicazioni. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Professor Paul McKenna, del Dipartimento di Fisica di Strathclyde, guida il progetto. Ha detto:"Gli acceleratori laser hanno un potenziale di trasformazione, per la loro natura compatta e le proprietà uniche dei fasci di particelle e radiazioni prodotte.

"Un certo numero di applicazioni promettenti di ioni con accelerazione laser richiedono l'aumento delle energie ioniche. La nostra dimostrazione di accelerazione ionica ad alta energia guidata da un meccanismo di accelerazione ibrido apre una potenziale nuova strada per migliorare e controllare le sorgenti ioniche guidate dal laser".

Gli acceleratori di particelle hanno avuto un profondo impatto sulla scienza e sulla società. Sono alla base di approcci innovativi alla cura del cancro, sono strumenti inestimabili nella scienza dei materiali e nella biologia, e sono driver per esperimenti di fisica delle alte energie, come quelli che confermavano l'esistenza del bosone di Higgs. Le particelle cariche vengono convenzionalmente accelerate nei campi elettrici prodotti nelle cavità a radiofrequenza. L'intensità del campo è limitata da guasti elettrici, il che significa che sono necessarie grandi strutture per accelerare le particelle ad alte energie.

Nell'ultimo decennio, i laser ad alta potenza sono emersi come un nuovo motore di sorgenti potenzialmente compatte di elettroni e ioni ad alta energia. La focalizzazione della luce laser nel plasma produce campi elettrici estremamente elevati e quindi l'accelerazione delle particelle si verifica su un breve periodo, in genere, circa 1000 volte più corto di un acceleratore a cavità a radiofrequenza per la stessa energia delle particelle.

Il professor McKenna ha dichiarato:"Una delle principali sfide nell'accelerazione degli ioni utilizzando laser intensi è che i processi ultraveloci che si verificano nella breve durata dell'impulso laser possono rendere difficile l'ottimizzazione di un meccanismo di accelerazione individuale. Tuttavia, come mostrato nella nostra ricerca, questo può anche dar luogo allo sviluppo di schemi ibridi che coinvolgono due o più meccanismi di accelerazione, che può consentire ulteriori gradi di controllo sulle proprietà del fascio ionico finale".