يقوم الفيزيائيون بتسريع البروتونات إلى نصف سرعة الضوء باستخدام الليزر

تخيل: بروتون يركب موجة وينزلق على طولها، ويكتسب سرعته. هذه هي الطريقة التي يمكن بها وصف مبدأ تسريع أيون الليزر – وهو بديل واعد للمسرعات التقليدية الضخمة.

نقطة الضعف في مثل هذه المصادر هي الهدف الرفيع جدًا لزيادة الطاقة الأيونية: فنبضة الليزر التي تسبق الوميض الشديد الرئيسي تجعلها غير صالحة للاستعمال بسهولة. وتم حل هذه المشكلة في جامعة أوساكا، كما ورد في المجلة تقدم الفيزياء النظرية والتجريبية.

كان أساس نجاح الفيزيائيين هو اختيار الجرافين لصنع الهدف. واحد من الأكثر واعدة واليوم، صمدت المواد التي تجمع بين النحافة والقوة الشديدتين أمام أشعة الليزر.

يوضح المهندس مينامي تاكومي، المؤلف الرئيسي للدراسة: “باستخدام طبقات رقيقة جدًا من الجرافين ونبضة ليزر طويلة نسبيًا، يمكننا تسريع البروتونات لفترة أطول وتحقيق طاقة قياسية تبلغ 132 ميجا إلكترون فولت. يمكن للتسريع طويل المدى أن يرفع طاقة البروتونات بما يتجاوز ما تنتجه نبضات الليزر الأقصر عادةً”.

أظهرت المحاكاة أن الليزر ولّد موجة إلكتروستاتيكية منتشرة تنتقل عبر البلازما وتخلق مجالًا متسارعًا يحمل البروتونات النشطة للأمام لبضعة بيكو ثانية.

من الصعب مفاجأة علماء الفيزياء التجريبية بقيمة 132 ميجا فولت، على الرغم من أن هذا مهم – ما يقرب من نصف سرعة الضوء. ولكن بالنسبة لتسريع الليزر مع نبضات طويلة يعد هذا رقما قياسيا. ومع ذلك، لا يزال يتعين تسجيلها.

يقول البروفيسور كوراميتسو ياسوهيرو، الذي قاد الدراسة: “لا يكمن التحدي في الحصول على هذه البروتونات النادرة عالية الطاقة فحسب، بل أيضًا في التعرف عليها بشكل موثوق. نحن بحاجة إلى التدقيق في ملايين الصور الكاشفة للبحث عن الآثار التي خلفتها الأيونات الفردية وتمييز البروتونات الأعلى طاقة عن ضجيج الخلفية”.

عهد الباحثون بالعمل الروتيني للبحث عن إشارات البروتونات في بيانات الكاشف إلى شبكة عصبية تلافيفية. وفي أحد قياسات الطاقة العالية حققت الشبكة دقة بلغت 99.2%، مما جعل من الممكن التأكيد: هناك سجل!

ويخطط الفيزيائيون لزيادة طاقة البروتونات والأيونات الأثقل وتحسين أجهزة الكشف. يومًا ما، سيؤدي هذا البحث إلى إنشاء مسرعات ليزر رخيصة الثمن ومدمجة للعلوم والطب، بما في ذلك العلاج بالبروتونات للسرطان وتطوير أهداف للمفاعلات النووية الحرارية.

الصين تطلق مسرعًا لدراسة الكون المبكر وعلاج السرطان

لقد اجتاز الفيزيائيون معلمًا هامًا على الطريق إلى مسرعات الجسيمات المكتبية

اشترك واقرأ “العلم” في

الأعلى