Colocando grandes quantidades de prótons em velocidade na distância mais curta em frações de segundo - isso é o que a tecnologia de aceleração de laser, melhorou muito nos últimos anos, pode fazer. Uma equipe de pesquisa internacional do GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung e do Helmholtz Institute Jena, um ramo da GSI, em colaboração com o Laboratório Nacional Lawrence Livermore, NÓS., conseguiu usar prótons acelerados com o laser de alta potência GSI PHELIX para dividir outros núcleos e analisá-los. Os resultados já foram publicados na revista Nature Scientific Reports e poderia fornecer novos insights sobre os processos astrofísicos.

Por menos de um picossegundo (um trilionésimo de segundo), o laser PHELIX ilumina seu pulso de luz extremamente intenso em uma folha de ouro muito fina. Isso é o suficiente para ejetar cerca de um trilhão de núcleos de hidrogênio (prótons), que estão apenas ligeiramente presos ao ouro, da superfície posterior da folha, e acelerá-los para altas energias. "Um número tão grande de prótons em um período de tempo tão curto não pode ser alcançado com técnicas de aceleração padrão, "explica Pascal Boller, que está pesquisando a aceleração do laser no departamento de pesquisa do GSI Plasma Physics / PHELIX como parte de seus estudos de pós-graduação. "Com esta tecnologia, áreas de pesquisa completamente novas podem ser abertas que antes eram inacessíveis. "

Isso inclui a geração de reações de fissão nuclear. Para este propósito, os pesquisadores deixaram os prótons recém-gerados colidirem com as amostras de material de urânio. O urânio foi escolhido como material de estudo de caso devido à sua grande seção transversal de reação e à disponibilidade de dados publicados para fins de benchmarking. As amostras devem estar próximas da produção de prótons para garantir um rendimento máximo das reações. Os prótons gerados pelo laser PHELIX são rápidos o suficiente para induzir a fissão dos núcleos de urânio em produtos de fissão menores, que ainda precisam ser identificados e medidos. Contudo, o impacto do laser tem efeitos colaterais indesejados:ele gera um forte pulso eletromagnético e um flash de raio gama que interfere nos sensíveis instrumentos de medição usados ​​para essa detecção.

Nesta fase, os pesquisadores são auxiliados pela experiência de outro grupo de pesquisa GSI. Para a investigação química de elementos superpesados, um sistema de transporte está em uso há algum tempo e pode transportar as partículas desejadas por longas distâncias da área de reação até o detector. A câmara de reação é liberada por um gás que - no caso de experimentos de fissão - carrega os produtos de fissão com ele e, em apenas alguns segundos, os transporta através de pequenos tubos de plástico para o aparelho de medição, que agora está a vários metros de distância. Desta maneira, a geração e a medição podem ser separadas espacialmente e a interferência pode ser evitada.

Pela primeira vez, foi possível nos experimentos combinar as duas técnicas e, assim, gerar uma variedade de césio, isótopos de xenônio e iodo através da fissão de urânio, para identificá-los de forma confiável por meio de sua radiação gama emitida e observar seu curto tempo de vida. Isso fornece uma metodologia para estudar reações de fissão em matéria de estado de plasma de alta densidade. Condições comparáveis ​​podem ser encontradas, por exemplo, no espaço dentro das estrelas, explosões estelares ou fusões de estrelas de nêutrons. "Compreender os processos de reação dos núcleos interagindo uns com os outros no plasma pode nos dar uma visão sobre a origem dos núcleos atômicos, a chamada nucleossíntese, em nosso universo. Os processos de nucleossíntese, como s-process ou r-process ocorrem exatamente nesses meios, "explica Boller." O papel que as reações de fissão desempenham nesses processos ainda não foi pesquisado em detalhes. Aqui, os prótons acelerados por laser podem fornecer novas informações. "

Medições adicionais com os métodos estão planejadas para experimentos futuros do laser PHELIX no GSI, bem como em outros centros de pesquisa ao redor do mundo. A investigação de matéria altamente densa com feixes de íons e laser também será um dos tópicos abordados na futura instalação de pesquisa FAIR. FAIR está sendo construído no GSI em cooperação internacional. Com o seu lema "O Universo em Laboratório, "destina-se a reproduzir as condições à medida que ocorrem em ambientes astrofísicos da Terra, expandindo assim o conhecimento sobre o nosso cosmos.