Un schéma d'accélération d'ions à commande laser, développé dans la recherche menée à l'Université de Strathclyde, pourrait conduire à des sources d'ions compactes pour des applications scientifiques établies et innovantes, médecine et industrie.

L'accélération des protons à des énergies de l'ordre de 100 mégaélectrons-volts a été obtenue en excitant un schéma d'accélération d'ions hybride dans une cible en feuille ultrafine irradiée par une impulsion laser intense.

Les résultats de la recherche pourraient avoir des implications importantes pour faire avancer les petits, moins cher, les accélérateurs d'ions à laser et leurs nombreuses applications potentielles. L'étude a été publiée dans la revue Communication Nature .

Professeur Paul McKenna, du département de physique de Strathclyde, dirige le projet. Il a déclaré :« Les accélérateurs à laser ont un potentiel de transformation, en raison de leur nature compacte et des propriétés uniques des faisceaux de particules et de rayonnement produits.

« Un certain nombre d'applications prometteuses des ions accélérés par laser nécessitent une augmentation des énergies ioniques. Notre démonstration de l'accélération des ions à haute énergie entraînée par un mécanisme d'accélération hybride ouvre une nouvelle voie potentielle pour améliorer et contrôler les sources d'ions entraînées par laser. »

Les accélérateurs de particules ont eu un impact profond sur la science et la société. Ils sont à la base d'approches innovantes du traitement du cancer, sont des outils précieux en science des matériaux et en biologie, et sont des moteurs d'expériences de physique des hautes énergies, comme celles qui ont confirmé l'existence du boson de Higgs. Les particules chargées sont classiquement accélérées dans des champs électriques produits dans des cavités radiofréquences. L'intensité du champ est limitée par une panne électrique, ce qui signifie que de grandes structures sont nécessaires pour accélérer les particules à des énergies élevées.

Durant la dernière décennie, les lasers de haute puissance sont devenus un nouveau moteur de sources potentiellement compactes d'électrons et d'ions de haute énergie. La focalisation de la lumière laser dans le plasma produit des champs électriques extrêmement élevés et donc l'accélération des particules se produit sur une courte longueur - généralement, environ 1000 fois plus court qu'un accélérateur à cavité radiofréquence pour la même énergie de particules.

Le professeur McKenna a déclaré :« L'un des principaux défis de l'accélération d'ions à l'aide de lasers intenses est que les processus ultrarapides se produisant sur la courte durée de l'impulsion laser peuvent rendre difficile l'optimisation d'un mécanisme d'accélération individuel. Cependant, comme le montre notre recherche, cela peut aussi donner lieu au développement de schémas hybrides impliquant deux ou plusieurs mécanismes d'accélération, ce qui peut permettre des degrés supplémentaires de contrôle sur les propriétés finales du faisceau d'ions."