Laser smart sätt att accelerera partiklar

Tre forskare i Göteborg har kommit på ett nytt knep för att accelerera protoner med hjälp av laser. Deras metod kan ge fler protoner med högre energi, något som kan komma till nytta i nya kompakta verktyg för cancerbehandling eller för experiment med partiklar.

Vanliga partikelacceleratorer är stora maskiner där radiovågor för över energi till laddade partiklar, så att de skjutsas i väg med allt högre fart. De här acceleratorerna tar stor plats och är dyra. I Sverige finns en accelerator som används för att bestråla cancertumörer, vid Skandionkliniken i Uppsala. Den väger 200 ton.

En laserpuls kan i jämförelse överföra mycket energi på extremt korta sträckor, genom att den ger upphov till ett väldigt starkt lokalt elektriskt fält. I stället för en accelerationssträcka på flera meter sker laseracceleration av protoner på bråkdelar av en millimeter när laserstrålen faller in på en tunn film.

Laserdriven partikelacceleration är ett stort forskningsfält med målet att skapa nya och mycket mindre acceleratorer. För att metoden ska bli praktiskt användbar vid till exempel cancerkliniker arbetar många forskare med att få högre slutlig energi på partiklarna och att göra en partikelstråle med fler protoner.

Forskarna från Chalmers och Göteborgs universitet har nu simulerat vad som händer om de delar på laserstrålen och lyser från två håll samtidigt. På så vis kan de sända i väg fem gånger fler protoner med dubbelt så hög energi utan att höja energin i laserstrålen. Det är ett viktigt steg på vägen mot att kunna konstruera en apparat som kan användas praktiskt till exempel i vården.