Η επιτάχυνση ιόντων μέσω λέιζερ αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση έναντι των παραδοσιακών επιταχυντών σωματιδίων. Ωστόσο, οι εξαιρετικά λεπτοί στόχοι που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι ευάλωτοι στις αρχικές ασθενείς παλμικές εκπομπές που προηγούνται του κύριου παλμού λέιζερ, καθιστώντας απαραίτητη την προσαρμογή της διαδικασίας.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Οσάκα κατάφεραν να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο δημιουργώντας ένα κινούμενο ηλεκτρικό πεδίο που επιταχύνει πρωτόνια σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες. Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Progress of Theoretical and Experimental Physics.
Πρωτόνια επιταχύνονται σχεδόν στο μισό της ταχύτητας του φωτός
Χρησιμοποιώντας παλμούς λέιζερ μεγαλύτερης διάρκειας και στόχους από γραφένιο, η ερευνητική ομάδα επιτάχυνε πρωτόνια σε ενέργεια 132 MeV, ταχύτητα που αγγίζει σχεδόν το μισό της ταχύτητας του φωτός.
«Χρησιμοποιώντας εξαιρετικά λεπτά στρώματα γραφενίου και έναν σχετικώς μακρύ παλμό λέιζερ, είμαστε σε θέση να επιταχύνουμε πρωτόνια για παρατεταμένο χρονικό διάστημα και να φτάσουμε σε ενέργεια ρεκόρ», δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Takumi Minami.
Αντοχή του γραφενίου και δημιουργία ηλεκτροστατικού κύματος
Το γραφένιο αποδείχθηκε το υλικό-κλειδί λόγω της ανθεκτικότητας και του ελάχιστου πάχους του. Οι στόχοι αντείχαν στον αρχικό παλμό του λέιζερ, παραμένοντας ανέπαφοι μέχρι την άφιξη του κύριου παλμού.
Στη συνέχεια, το λέιζερ δημιούργησε ένα διαδιδόμενο ηλεκτροστατικό κύμα στο πλάσμα, το οποίο παρέσυρε και επιτάχυνε τα πρωτόνια για αρκετά picoseconds.
Τεχνητή νοημοσύνη για τον εντοπισμό των σπάνιων σημάτων
Ο εντοπισμός των υψηλής ενέργειας πρωτονίων αποτέλεσε πρόκληση λόγω της σπανιότητάς τους. Για την ανάλυση εκατομμυρίων εικόνων από τους ανιχνευτές, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα συνελικτικό νευρωνικό δίκτυο (CNN).
Το μοντέλο πέτυχε ακρίβεια 99,2%, επιβεβαιώνοντας την παρουσία πρωτονίων με ενέργειες έως και 132 MeV. Ο συνδυασμός λέιζερ μεγάλης διάρκειας και τεχνητής νοημοσύνης ανοίγει τον δρόμο για αυτόνομα συστήματα επιτάχυνσης στο μέλλον.
