Vědci potvrdili: Kompaktní laserové urychlovače zachovávají spin částic, otevírají cestu k fúzi a temné hmotě

Kompaktní laserové plazmové urychlovače představují slibnou alternativu k rozsáhlým konvenčním zařízením, jako jsou ty v CERNu. Tyto nové urychlovače mohou dosáhnout až tisíckrát vyšších gradientů zrychlení při zlomku nákladů a velikosti.

Vědci z Heinrich Heine University Düsseldorf a Forschungszentrum Jülich potvrdili, že stav polarizace částic zůstává zachován během laser-plazmové akcelerace. Toto zjištění je relevantní pro řadu vědeckých aplikací, včetně řízené jaderné fúze. Zachování polarizace, která odkazuje na kolektivní uspořádání spinů částic, bylo touto specifickou metodou akcelerace demonstrováno vůbec poprvé na světě.

Konvenční urychlovače částic, jako jsou ty provozované v CERNu, jsou rozsáhlá zařízení, která k urychlování částic na vzdálenosti několika kilometrů využívají magnety a radiofrekvenční dutiny. Laser-plazmové urychlovače se objevují jako kompaktní alternativa, kterou lze konstruovat s nižšími náklady. Podle výzkumníků mohou tyto urychlovače dosáhnout gradientů zrychlení až přibližně 1 000krát vyšších než konvenční urychlovače. Tým vedený profesorem Markusem Büscherem nyní prokázal, že navzdory těmto vysokým gradientům zůstává uspořádání spinů částic stabilní.

Udržení uspořádání spinů je významné, protože ovlivňuje způsob interakce částic. V oblasti řízené jaderné fúze se pravděpodobnost reakce výrazně zvyšuje, když jsou spiny slučujících se jader uspořádány paralelně. Pokud jsou spiny jader použitých jako palivo správně zarovnány, lze zvýšit energetický výstup fúzního reaktoru. Potvrzení, že laser-plazmové urychlovače toto uspořádání nenarušují, z nich činí životaschopný nástroj pro výzkum fúze.

Pro ověření těchto výsledků provedli vědci experimenty s izotopem helia-3. Proces vyžadoval každodenní generování předpolarizovaného plynu helia-3 ve Forschungszentrum Jülich. Tento plyn byl poté transportován ve specializovaných kontejnerech do GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung v Darmstadtu. V tomto zařízení tým použil vysoce výkonný laser PHELIX k urychlení iontů. Následně analyzovali částice pomocí detektorových desek CR-39, aby potvrdili, že stupeň polarizace byl během celého procesu zachován.

Tato zjištění mají dopad i na urychlování protonů a elektronů. Rozptyl polarizovaných elektronů s protony a neutrony může poskytnout podrobné informace o struktuře hmoty a základních interakcích. Profesor Büscher zmínil, že jsou zvláště vhodné pro zkoumání fyziky za Standardním modelem, například pro generování možných kandidátů na „temnou hmotu“ známých jako axiony. Studie tak potvrzuje, že laser-plazmové urychlovače dokáží zachovat polarizaci částic, což podporuje využití kompaktní technologie ve vysokoenergetické fyzice.