Un equipo de investigación con sede en Japón dirigido por la Universidad de Osaka demostró múltiples pulsos láser ultracortos que prometen nuevos tipos de sistemas de haz de protones potencialmente útiles en áreas como el tratamiento del cáncer. Combinando los pulsos para crear de manera efectiva pulsos más largos, Las partículas cargadas de alta energía se pueden producir a intensidades de láser 100 veces menores que las predichas por modelos teóricos anteriores. Estos hallazgos proporcionan información sobre la construcción de instalaciones de vigas más eficientes.

Los haces de partículas cargadas, como los protones, se utilizan para responder preguntas fundamentales de física y tienen aplicaciones prácticas tanto en la terapia del cáncer como en la energía de fusión. Una forma de generar las partículas cargadas para tales rayos era dirigiendo potentes láseres a láminas de metal más delgadas que un cabello humano. El metal luego libera partículas cargadas. Los procesos actuales utilizan láminas 100 veces más delgadas que un cabello humano; de esta manera, la luz láser de alta intensidad puede impulsar los electrones que golpea a velocidades cercanas a la de la luz.

Hasta ahora, los investigadores solo han utilizado ráfagas muy cortas de luz láser, cada uno dura un mero picosegundo. Al usar los pulsos, intentan minimizar la cantidad de luz de fondo para crear nitidez (es decir, alto contraste) pulsos de luz. El objetivo es aumentar la energía de las partículas cargadas y lograr haces en los que todas las partículas tengan energías muy similares. Los rayos de mayor energía en los que se conoce exactamente la energía de cada partícula son más útiles, tanto en investigación como en medicina. Aunque los láseres pulsados ​​se han mostrado prometedores en esta área, hasta hace poco, Se desconocía el efecto de los pulsos láser nítidos de más de un picosegundo.

Ahora, un equipo de investigación con sede en Japón centrado en la Universidad de Osaka ha llevado a cabo un estudio más detallado sobre el uso de estos pulsos láser. Usaron afilado pulsos ultracortos de luz láser del láser para experimentos de encendido rápido (LFEX) en la Universidad de Osaka. LFEX es uno de los láseres más potentes del mundo. El estudio del equipo se publicó recientemente en la revista Nature. Informes científicos .

LFEX tiene cuatro rayos láser extremadamente potentes. Los investigadores utilizaron espejos para enfocar la luz láser hasta un punto del tamaño de una partícula de polvo. Esta luz se dirigió a una pieza ultrafina de papel de aluminio para generar una nube de partículas cargadas, conocido como plasma. Cada rayo láser es 1018 veces más intenso que la luz solar. Generalmente, una energía tan intensa solo se puede generar durante un período de tiempo muy corto; un desafío que subyace a por qué aún no se habían estudiado los pulsos láser nítidos de más de un picosegundo.

"Al cronometrar cuidadosamente el disparo de los cuatro haces, fue posible para nosotros disparar eficazmente cada uno en secuencia para generar pulsos más largos que de otra manera tenían las mismas características nítidas que los pulsos individuales, ", dice el coautor del estudio, Hiroshi Azechi.

Los resultados desafían los modelos teóricos convencionales. Los investigadores encontraron que con su luz pulsada, Una luz láser 100 veces menos intensa de lo que se pensaba anteriormente es necesaria para producir partículas cargadas de alta energía.

"El uso de múltiples pulsos para crear un pulso más largo calienta significativamente el plasma de electrones, que es probablemente lo que hace que las partículas cargadas alcancen una energía más alta a una intensidad láser más baja, "dice el primer autor Akifumi Yogo.

Comprender cómo crear haces de partículas cargadas más eficientes es una clave potencial para desarrollar una nueva generación de haces de partículas que podría avanzar en el conocimiento de la física y proporcionar mejores herramientas de precisión en el campo médico.