حقق العلماء في مركز هيلمهولتز في دريسدن روسندورف في ألمانيا تقدمًا كبيرًا في تسريع البلازما بالليزر. باستخدام طريقة مبتكرة، نجحوا في زيادة طاقة البروتون من حوالي 80 ميجا إلكترون فولت إلى 150 ميجا إلكترون فولت. تجاوز هذا الإنجاز بشكل كبير الرقم القياسي السابق لتسريع البروتون، مما يسمح لأجهزة الليزر الصغيرة بتحقيق مستويات طاقة لم تكن متاحة إلا في المرافق الأكبر حتى الآن. ومن المتوقع أن يعزز البحث الأخير تطوير الطب وعلوم المواد. نُشرت الورقة ذات الصلة في مجلة Nature Physics في الثالث عشر من الشهر الجاري.
وبالمقارنة بالمسرعات التقليدية، لا تعتمد مسرعات البلازما بالليزر على موجات راديوية قوية لتحريك الجسيمات، بل تستخدم الليزر لتسريع الجسيمات. ومع ذلك، فإن هذه التكنولوجيا في مرحلة البحث حاليًا، ولا يمكن إلا لعدد قليل من أنظمة الليزر الضخمة للغاية في العالم تسريع البروتونات إلى مستوى طاقة يبلغ 100 ميجا إلكترون فولت.
وقال تيم زيجلر، رئيس فريق البحث، إنه من أجل تحقيق طاقات تسريع عالية مماثلة باستخدام معدات ليزر أصغر ونبضات أقصر، فقد استفادوا من خصائص ومضات الليزر، أي أن جزءًا صغيرًا من الليزر يشبه "التشغيل الاستباقي"، مما يؤدي إلى إطلاق سلسلة من آليات التسارع المعقدة في رقاقة بلاستيكية خاصة. وهذا يحسن بشكل كبير طاقة تسريع البروتون لليزر المسمى DRACO.
وتظهر النتائج أن الرقم القياسي السابق لطاقة تسريع البروتون لليزر DRACO كان حوالي 80 ميغا إلكترون فولت، والآن يمكن أن يصل إلى 150 ميغا إلكترون فولت، أي ما يقرب من ضعف الرقم الأصلي. وعلاوة على ذلك، فإن شعاع الجسيمات المتسارع يتميز بخصائص ممتازة من الطاقة العالية والحركة المنتظمة.
يعتقد فريق البحث أن هذا الاختراق من المتوقع أن يمكن مسرعات البلازما بالليزر الصغيرة من لعب دور مهم في المجال الطبي، وخاصة في برامج علاج الأورام الدقيقة. يعتمد الأطباء حاليًا بشكل أساسي على المسرعات العلاجية الكبيرة لإجراء مثل هذه الأبحاث. تستهلك المسرعات الكبيرة الحالية الكثير من الكهرباء، في حين قد تكون مسرعات البلازما بالليزر أكثر اقتصادا. يمكن أيضًا استخدام ومضات الليزر لإنتاج نبضات نيوترونية قصيرة ومكثفة، والتي لها أهمية كبيرة للتطوير العلمي والتكنولوجي وتحليل المواد.
وقال زيجلر إنهم يأملون في التعاون مع مختبرات أخرى للتحكم في التسارع بشكل أكثر دقة وتحقيق طاقة تسريع البروتون بأكثر من 200 ميغا إلكترون فولت في المستقبل.
