Al hacer brillar un potente láser sobre un sólido, se obtiene un haz de protones de alta energía. Lejos de ser una curiosidad, este fenómeno tiene aplicaciones importantes, como en la investigación de la generación de neutrones. Teóricamente, cuanto más intenso es el láser, elmás rápido en otras palabras, más enérgico los protones resultantes. Sin embargo, parece que recientemente hemos chocado contra una pared, con láseres más fuertes que no lograron el impulso esperado en la aceleración.
El problema ocurre cuando se intenta impulsar las energías de los protones más allá de los 100 megaelectronvoltios. Hasta ese punto, las energías escalan bien con las intensidades del láser, lo que permite una fórmula simple para predecir la salida de la entrada. Sin embargo, a intensidades más altas, la teoría se rompe y sobreestima significativamente la energía del haz, por razones que no se comprenden completamente. Ahora, en a Comunicaciones de la naturaleza estudio, un equipo internacional de científicos dirigido por la Universidad de Osaka ha descubierto una pieza del rompecabezas.
La aceleración de protones es realmente un efecto secundario del bombardeo láser. Inicialmente, el láser expulsa electrones del objetivo sólido delgado. Moviéndose cerca de la velocidad de la luz, estos electrones crean un campo eléctrico poderoso, conocido como campo de vaina, yes esto lo que acelera los protones cercanos. Sin embargo, los investigadores de Osaka se dieron cuenta de que las teorías anteriores pasaron por alto un escollo crucial: el magnetismo.
"La vaina forma efectivamente una pendiente, y los protones aceleran a través de esta pendiente en ángulo recto con el objetivo", explica el autor principal del estudio Motoaki Nakatsutsumi. "Desafortunadamente, los electrones que forman la vaina también generan una corriente, que da lugar aa un campo magnético, llamado campo B. Este magnetismo pone en peligro todo el proceso al atrapar electrones en la superficie objetivo. Mientras que los protones se desvían de la vaina ".
La autoinhibición empeora progresivamente a mayores potencias del láser, creando campos B tan fuertes como 100 mega-gauss. Por lo tanto, los protones se vuelven menos energéticos y se propagan ampliamente, como confirmó el equipo en experimentos.
Con la ayuda de simulaciones, el equipo exploró dos estrategias para minimizar este efecto. Al darse cuenta de que el campo B tarda algún tiempo en alcanzar la fuerza máxima, previeron que pulsos de láser extremadamente breves pueden permitir que los protones lo superen. Esto funciona hasta unSin embargo, los cálculos mostraron que incluso los pulsos más rápidos que 100 femtosegundos no podrían evitar la inhibición magnética cuando se usaran los láseres más intensos.
Su segunda idea era utilizar objetivos sólidos mucho más delgados que el tamaño del punto láser, lo que debilita el efecto del campo B en las trayectorias de los electrones. Desafortunadamente, el grosor del objetivo está limitado por el perfil temporal del láser, por lo que tenemospara aumentar el tamaño del punto láser, que requiere más energía láser, por ejemplo, un sistema láser más caro.
"La inhibición magnética podría ser un cuello de botella severo para una variedad de métodos de aceleración de partículas", predice Nakatsutsumi. "No son solo los láseres, la aceleración de la radiación también podría verse afectada. Hasta ahora no hemos encontrado un remedio sencillo. Sin embargo, esto esun área de investigación innovadora, y no tengo ninguna duda de que el obstáculo se puede superar. Es de esperar que nuestros conocimientos sobre el mecanismo de inhibición sean una base firme para la solución ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Osaka . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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