Un esquema de aceleración de iones impulsado por láser, desarrollado en una investigación dirigida en la Universidad de Strathclyde, podría conducir a fuentes de iones compactas para aplicaciones científicas establecidas e innovadoras, medicina e industria.

La aceleración de protones a energías en el rango de 100 megaelectrones-voltios se logró excitando un esquema de aceleración de iones híbridos en un objetivo de lámina ultrafina irradiado por un intenso pulso de láser.

Los hallazgos de la investigación podrían tener importantes implicaciones para avanzar más pequeños, más económico, aceleradores de iones accionados por láser y sus múltiples aplicaciones potenciales. El estudio ha sido publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Profesor Paul McKenna, del Departamento de Física de Strathclyde, lidera el proyecto. Dijo:"Los aceleradores impulsados ​​por láser tienen un potencial transformador, debido a su naturaleza compacta y las propiedades únicas de los haces de partículas y radiación producidos.

"Varias de las aplicaciones prometedoras de los iones acelerados por láser requieren que se incrementen las energías de los iones. Nuestra demostración de la aceleración de iones de alta energía impulsada por un mecanismo de aceleración híbrido abre una nueva ruta potencial para mejorar y controlar las fuentes de iones impulsadas por láser".

Los aceleradores de partículas han tenido un impacto profundo en la ciencia y la sociedad. Son la base de enfoques innovadores para el tratamiento del cáncer, son herramientas invaluables en ciencia de materiales y biología, y son impulsores de experimentos de física de alta energía, como los que confirmaron la existencia del bosón de Higgs. Las partículas cargadas se aceleran convencionalmente en campos eléctricos producidos en cavidades de radiofrecuencia. La intensidad del campo está limitada por una avería eléctrica, lo que significa que se requieren grandes estructuras para acelerar las partículas a altas energías.

En la última década, Los láseres de alta potencia han surgido como un nuevo impulsor de fuentes potencialmente compactas de electrones e iones de alta energía. Al enfocar la luz láser en el plasma se producen campos eléctricos extremadamente altos y, por lo tanto, la aceleración de las partículas se produce en un período corto, por lo general, aproximadamente 1000 veces más corto que un acelerador de cavidad de radiofrecuencia para la misma energía de partículas.

El profesor McKenna dijo:"Uno de los principales desafíos en la aceleración de iones usando láseres intensos es que los procesos ultrarrápidos que ocurren durante la corta duración del pulso láser pueden dificultar la optimización de un mecanismo de aceleración individual. Sin embargo, como se muestra en nuestra investigación, esto también puede dar lugar al desarrollo de esquemas híbridos que involucren dos o más mecanismos de aceleración, lo que puede permitir grados adicionales de control sobre las propiedades finales del haz de iones ".