Um esquema de aceleração de íons movido a laser, desenvolvido em pesquisa conduzida na Universidade de Strathclyde, pode levar a fontes de íons compactos para aplicações estabelecidas e inovadoras na ciência, medicina e indústria.

A aceleração de prótons para energias na faixa de 100 megaelétron-volts foi alcançada estimulando um esquema de aceleração de íon híbrido em um alvo de folha ultrafino irradiado por um pulso de laser intenso.

As descobertas da pesquisa podem ter implicações importantes para avanços menores, mais barato, aceleradores de íons movidos a laser e suas muitas aplicações potenciais. O estudo foi publicado na revista Nature Communications .

Professor Paul McKenna, do Departamento de Física de Strathclyde, lidera o projeto. Ele disse:"Os aceleradores movidos a laser têm potencial transformador, devido à sua natureza compacta e às propriedades únicas dos feixes de partículas e da radiação produzida.

"Uma série de aplicações promissoras de íons acelerados a laser requerem que as energias dos íons sejam aumentadas. Nossa demonstração de aceleração de íons de alta energia conduzida por um mecanismo de aceleração híbrido abre uma nova rota potencial para aprimorar e controlar fontes de íons movidas a laser."

Os aceleradores de partículas tiveram um impacto profundo na ciência e na sociedade. Eles são a base de abordagens inovadoras para o tratamento do câncer, são ferramentas valiosas na ciência dos materiais e biologia, e são motivadores para experimentos de física de alta energia, como aqueles que confirmaram a existência do bóson de Higgs. Partículas carregadas são convencionalmente aceleradas em campos elétricos produzidos em cavidades de radiofrequência. A intensidade do campo é limitada por falha elétrica, o que significa que grandes estruturas são necessárias para acelerar as partículas a altas energias.

Na última década, lasers de alta potência surgiram como um novo driver de fontes potencialmente compactas de elétrons e íons de alta energia. Focar a luz do laser no plasma produz campos elétricos extremamente altos e, portanto, a aceleração das partículas ocorre em um curto comprimento - normalmente, cerca de 1000 vezes mais curto do que um acelerador de cavidade de radiofrequência para a mesma energia de partícula.

O professor McKenna disse:"Um dos principais desafios na aceleração de íons usando lasers intensos é que os processos ultrarrápidos que ocorrem durante a curta duração do pulso de laser podem dificultar a otimização de um mecanismo de aceleração individual. No entanto, como mostrado em nossa pesquisa, isso também pode dar lugar ao desenvolvimento de esquemas híbridos envolvendo dois ou mais mecanismos de aceleração, o que pode permitir graus adicionais de controle nas propriedades finais do feixe de íons. "