До сих пор исследователи использовали только очень короткие вспышки лазерного света, каждая из которых длилась всего пикосекунду. При использовании импульсов они стараются минимизировать количество фонового света, чтобы создать резкие (т. Е. Высококонтрастные) импульсы света. Цель состоит в том, чтобы увеличить энергию заряженных частиц и получить пучки, в которых все частицы имеют очень похожие энергии.
Лучи более высокой энергии, в которых точно известна энергия каждой частицы, более полезны как в исследованиях, так и в медицине. Хотя импульсные лазеры показали себя многообещающими в этой области, до недавнего времени эффект резких лазерных импульсов длительностью более одной пикосекунды был неизвестен.
Теперь японская исследовательская группа из Университета Осаки провела более подробное исследование использования таких лазерных импульсов. Они использовали острые ультракороткие импульсы лазерного света от лазера для экспериментов с быстрым зажиганием (LFEX) в Университете Осаки. LFEX — один из самых мощных лазеров в мире.
Исследование команды недавно было опубликовано в журнале Nature Scientific Reports.LFEX имеет четыре чрезвычайно мощных лазерных луча. Исследователи использовали зеркала, чтобы сфокусировать лазерный свет до точки размером с пылинку. Этот свет был направлен на ультратонкий кусок алюминиевой фольги для генерации облака заряженных частиц, называемого плазмой.
Каждый лазерный луч в 1018 раз интенсивнее солнечного света. Обычно такая мощная энергия может быть произведена только в течение очень короткого периода времени; проблема, лежащая в основе того, почему резкие лазерные импульсы длительностью более одной пикосекунды еще не были изучены.«Тщательно рассчитав время срабатывания четырех лучей, мы смогли эффективно запускать каждый из них в последовательности, чтобы генерировать более длинные импульсы, которые в остальном имели те же четкие характеристики, что и одиночные импульсы», — говорит соавтор исследования Хироши Азечи.Результаты бросают вызов традиционным теоретическим моделям.
Исследователи обнаружили, что с их импульсным светом требуется в 100 раз менее интенсивный лазерный свет, чем считалось ранее, для производства заряженных частиц высокой энергии.«Использование нескольких импульсов для создания одного более длинного импульса значительно нагревает электронную плазму, что, вероятно, заставляет заряженные частицы достигать более высокой энергии при более низкой интенсивности лазера», — говорит первый автор Акифуми Його.
Понимание того, как создавать более эффективные пучки заряженных частиц, является потенциальным ключом к разработке нового поколения пучков частиц, которые могут расширить знания в области физики и предоставить более точные инструменты в области медицины.