Llevar enormes cantidades de protones a la velocidad en la distancia más corta en fracciones de segundo, eso es lo que la tecnología de aceleración láser, mejorado enormemente en los últimos años, puede hacer. Un equipo de investigación internacional del GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung y el Instituto Helmholtz de Jena, una rama de GSI, en colaboración con el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, NOSOTROS., ha logrado utilizar protones acelerados con el láser de alta potencia PHELIX de GSI para dividir otros núcleos y analizarlos. Los resultados ya se han publicado en la revista. Informes científicos de la naturaleza y podría proporcionar nuevos conocimientos sobre los procesos astrofísicos.

Por menos de un picosegundo (una billonésima de segundo), el láser PHELIX proyecta su pulso de luz extremadamente intenso sobre una lámina de oro muy fina. Esto es suficiente para expulsar alrededor de un billón de núcleos de hidrógeno (protones), que están ligeramente adheridos al oro, desde la superficie posterior de la lámina, y acelerarlos a altas energías. "Una cantidad tan grande de protones en un período de tiempo tan corto no se puede lograr con técnicas de aceleración estándar, "explica Pascal Boller, quien está investigando la aceleración láser en el departamento de investigación de GSI Plasma Physics / PHELIX como parte de sus estudios de posgrado. "Con esta tecnología, se pueden abrir áreas de investigación completamente nuevas que antes eran inaccesibles ".

Estos incluyen la generación de reacciones de fisión nuclear. Para este propósito, los investigadores dejaron que los protones rápidos recién generados incidieran en muestras de material de uranio. Se eligió uranio como material de estudio de caso debido a su gran sección transversal de reacción y la disponibilidad de datos publicados para fines de evaluación comparativa. Las muestras deben estar próximas a la producción de protones para garantizar un rendimiento máximo de reacciones. Los protones generados por el láser PHELIX son lo suficientemente rápidos como para inducir la fisión de núcleos de uranio en productos de fisión más pequeños. que quedan por identificar y medir. Sin embargo, el impacto del láser tiene efectos secundarios no deseados:genera un fuerte pulso electromagnético y un destello de rayos gammy que interfieren con los instrumentos de medición sensibles utilizados para esta detección.

En este punto, los investigadores cuentan con la asistencia de la experiencia de otro grupo de investigación de GSI. Para la investigación química de elementos superpesados, Se ha utilizado un sistema de transporte durante bastante tiempo que puede transportar las partículas deseadas a largas distancias desde el área de reacción hasta el detector. La cámara de reacción se limpia con un gas que, en el caso de los experimentos de fisión, transporta los productos de fisión consigo y, en solo unos segundos, los transporta a través de pequeños tubos de plástico al aparato de medición, que ahora está a varios metros de distancia. De este modo, la generación y la medición se pueden separar espacialmente y se pueden evitar las interferencias.

Por primera vez, En los experimentos fue posible combinar las dos técnicas y así generar una variedad de cesio, isótopos de xenón y yodo a través de la fisión del uranio, para identificarlos de manera confiable a través de la radiación gamma emitida y observar su corta vida útil. Esto proporciona una metodología para estudiar las reacciones de fisión en materia en estado de plasma de alta densidad. Se pueden encontrar condiciones comparables, por ejemplo, en el espacio dentro de las estrellas, explosiones estelares o fusiones de estrellas de neutrones. "Comprender los procesos de reacción de los núcleos que interactúan entre sí en el plasma puede darnos una idea del origen de los núcleos atómicos, la llamada nucleosíntesis, en nuestro universo. Los procesos de nucleosíntesis, como el proceso s o el proceso r, tienen lugar exactamente en dichos medios, "explica Boller." El papel que juegan las reacciones de fisión en estos procesos aún no se ha investigado en detalle. Aquí, los protones acelerados por láser pueden proporcionar nueva información ".

Se planean más mediciones con los métodos para futuros experimentos del láser PHELIX en GSI, así como en otros centros de investigación de todo el mundo. La investigación de materia muy densa con rayos de iones y láser también será uno de los temas que se abordarán en la futura instalación de investigación FAIR. FAIR se está construyendo actualmente en GSI en cooperación internacional. Con su lema "El universo en el laboratorio, "está destinado a reproducir las condiciones que ocurren en los entornos astrofísicos de la Tierra, expandiendo así el conocimiento sobre nuestro cosmos.