Schijn een krachtige laser op een solide, en je krijgt een straal van hoogenergetische protonen. Verre van een curiositeit, dit fenomeen heeft belangrijke toepassingen, zoals bij onderzoek naar neutronengeneratie. theoretisch, hoe intenser de laser, hoe sneller (met andere woorden, energieker) de resulterende protonen. Echter, we lijken onlangs een muur te hebben geraakt, met sterkere lasers die niet de verwachte boost in acceleratie opleveren.

Het probleem doet zich voor wanneer men probeert de protonenergieën verder dan ongeveer 100 mega-elektronvolt te duwen. Tot dat moment, de energieën schalen mooi met de laserintensiteiten, waardoor een eenvoudige formule om de uitvoer van de invoer te voorspellen. Bij hogere intensiteiten, Hoewel, de theorie valt uiteen, en de bundelenergie aanzienlijk overschat, om redenen die niet volledig worden begrepen. Nutsvoorzieningen, in een Natuurcommunicatie studie, een internationaal team van wetenschappers onder leiding van de universiteit van Osaka heeft een stukje van de puzzel ontdekt.

Protonversnelling is eigenlijk een secundair effect van laserbombardement. aanvankelijk, de laser verdrijft elektronen uit het dunne vaste doelwit. Dichtbij de snelheid van het licht, deze elektronen creëren dan een krachtig elektrisch veld, bekend als een omhulselveld, en het is dit dat de nabijgelegen protonen versnelt. Echter, de onderzoekers van Osaka realiseerden zich dat eerdere theorieën een cruciaal struikelblok over het hoofd zagen:magnetisme.

"De schede vormt in feite een helling, en de protonen versnellen door deze helling loodrecht op het doel, " legt hoofdauteur Motoaki Nakatsutsumi uit. "Helaas, de elektronen die de mantel vormen, wekken ook een stroom op, waardoor een magnetisch veld ontstaat, een B-veld genoemd. Dit magnetisme brengt het hele proces in gevaar door elektronen op het doeloppervlak te vangen. Terwijl, protonen worden afgebogen van de huls."

Zelfremming verslechtert progressief bij hogere laservermogens, het creëren van B-velden zo sterk als 100 mega-gauss. De protonen worden daardoor minder energetisch en verspreiden zich wijd, zoals het team in experimenten bevestigde.

Geholpen door simulaties, het team onderzocht twee strategieën om dit effect te minimaliseren. Merk op dat het B-veld enige tijd nodig heeft om de maximale sterkte te bereiken, ze voorzagen dat extreem korte laserpulsen de protonen in staat zouden kunnen stellen om het te overtreffen. Dit werkt tot op zekere hoogte. Echter, berekeningen toonden aan dat zelfs pulsen sneller dan 100 femtoseconden magnetische remming niet zouden voorkomen wanneer de meest intense lasers werden gebruikt.

Hun tweede idee was om veel dunnere vaste doelen te gebruiken dan de grootte van de laservlek, wat het effect van het B-veld op de elektronenbanen verzwakt. Helaas, de doeldikte wordt beperkt door het tijdelijke laserprofiel, zodat we de grootte van de laservlek moeten vergroten, waarvoor meer laserenergie nodig is, bijv. duurder lasersysteem.

"Magnetische remming zou een ernstig knelpunt kunnen zijn voor een reeks deeltjesversnellingsmethoden, " Nakatsutsumi voorspelt. "Het zijn niet alleen lasers - stralingsversnelling kan ook worden beïnvloed. Tot nu toe hebben we geen eenvoudige remedie gevonden. Echter, dit is een innovatief onderzoeksgebied, en ik twijfel er niet aan dat de hindernis kan worden overwonnen. Onze inzichten in het remmingsmechanisme zullen hopelijk een stevige basis vormen voor de oplossing."