Los aceleradores de plasma apuntan a haces polarizados – CERN Courier

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FÉLIX en GSI
Intenso El láser Petawatt de alta energía para experimentos de iones pesados ​​(PHELIX) en GSI Darmstadt. Crédito: GSI

Los haces de partículas polarizadas por espín se utilizan comúnmente en física nuclear y de partículas para probar el modelo estándar o para mapear resonancias hadrónicas. Hasta ahora, su producción se basaba en aceleradores convencionales basados ​​en radiofrecuencia. Se ha demostrado que las interacciones láser-plasma y la aceleración del plasma impulsada por el haz son métodos viables para obtener haces de partículas de alta energía en distancias mucho más cortas. Sin embargo, a pesar de los grandes avances en la comprensión de los fenómenos subyacentes de la aceleración basada en plasma, su capacidad para producir haces polarizados aún no se ha demostrado.

Hace diez años, un grupo del Forschungszentrum Jülich y la Universidad Heinrich-Heine de Düsseldorf (Alemania) propuso un concepto para producir haces de electrones, protones o iones altamente polarizados mediante aceleración del plasma basándose en el uso de objetivos polarizados. Aquí los espines de las partículas a acelerar ya están alineados antes de la formación del plasma. Aunque el método parece simple en principio, requiere una cuidadosa consideración de varios desafíos técnicos asociados con el mantenimiento y la utilización de la polarización en un entorno de plasma. Después de todo, las alineaciones de espín normalmente requieren bajas temperaturas, por lo que resulta contraintuitivo que puedan resistir en 10 minutos.8K plasma durante el tiempo suficiente para tener aplicaciones prácticas.

Un estudio teórico de 2020 sobre las leyes de escala para los tiempos de despolarización reveló la viabilidad de la aceleración de partículas polarizadas en campos de plasma fuertes. Docenas de simulaciones numéricas llevaron a la conclusión de que los haces polarizados procedentes de la aceleración del plasma deberían estar al alcance de la mano, siendo los haces de hadrones los que requieren la implementación más sencilla. Esto se debe a que los hadrones tienen momentos magnéticos mucho más pequeños y, por lo tanto, su alineación de espín en los campos magnéticos del plasma es mucho más inerte en comparación con los electrones. Además, desde el punto de vista del objetivo, los núcleos polarizados se pueden proporcionar más fácilmente que los electrones.

En un experimento con el láser de petavatios PHELIX en GSI Darmstadt, el grupo Jülich-Düsseldorf ha proporcionado la primera evidencia de una persistencia casi completa de la polarización nuclear después de la aceleración del plasma a energías MeV. El grupo utilizó hasta un 50% de polarización. 3El objetivo de chorro de gas, que fue irradiado por pulsos láser de 2,2 ps cada uno con una energía de aproximadamente 50 J. La polarización del acelerado 3Los iones se midieron con dos polarímetros idénticos, optimizados para haces de iones cortos procedentes de la aceleración del plasma y montados perpendicularmente al eje del láser. Para aquellos casos en los que los espines nucleares en el gas objetivo estaban alineados perpendicularmente a la dirección de vuelo de los iones de helio, se observó una asimetría angular de las partículas dispersas en los polarímetros, que está en línea con una polarización transversal del gas acelerado. 3Él iones. No se encontraron tales asimetrías para el gas no polarizado.

El equipo ahora planea repetir los experimentos en PHELIX con una mayor polarización del gas y el uso de un objetivo de chorro de gas más corto (0,5 mm en lugar de 1,0 mm). Esto tendría la ventaja de que el 3Los iones He se emiten predominantemente en la dirección del rayo láser y a energías significativamente más altas (10-15 MeV). “Para intensidades de láser aún mayores (> 10 PW), hemos propuesto un esquema basado en aceleración de choque para producir > ​​100 MeV polarizados. 3Está radiante”, afirma Markus Büscher de Jülich. “Además, se está desarrollando un objetivo de gas de cloruro de hidrógeno polarizado para acelerar mediante láser o haz de electrones y protones polarizados”.



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