Параллельное выравнивание ядерных спинов повышает вероятность реакции слияния.
Исследователи из Университета имени Генриха Хайне в Дюссельдорфе и Исследовательского центра Юлиха впервые в мире подтвердили, что состояние поляризации частиц сохраняется при ускорении лазерной плазмой.
Это открытие имеет значение для различных научных применений, включая управляемый ядерный синтез. Сохранение поляризации, то есть коллективного выравнивания спинов частиц, было впервые продемонстрировано с использованием этого конкретного метода ускорения.
Традиционные ускорители частиц, такие как те, что используются в ЦЕРНе, представляют собой крупномасштабные установки, использующие магниты и радиочастотные резонаторы для ускорения частиц на расстояния в несколько километров. Лазерно-плазменные ускорители становятся компактной альтернативой, которую можно построить с меньшими затратами.
«Эти ускорители способны достигать градиентов ускорения, примерно в 1000 раз превышающих градиенты обычных ускорителей», — говорится в пресс-релизе исследователей.
Поддержание правильного выравнивания спинов имеет важное значение.
Исследовательская группа под руководством профессора Маркуса Бюшера показала, что, несмотря на эти высокие градиенты, выравнивание спинов частиц остается стабильным.
Сохранение выравнивания спинов имеет важное значение, поскольку оно влияет на взаимодействие частиц. В области управляемого ядерного синтеза вероятность реакции возрастает, когда спины сливающихся ядер выровнены параллельно.
«Выравнивание спинов имеет решающее значение для целого ряда фундаментальных научных вопросов, поскольку оно влияет на взаимодействие между частицами», — пояснил профессор Бюшер.
Если спины ядер, используемых в качестве топлива, правильно выровнены, то энергетическую мощность термоядерного реактора можно увеличить. Подтверждение того, что лазерно-плазменные ускорители не нарушают это выравнивание, делает их перспективным инструментом для исследований в области термоядерного синтеза.
«В управляемом термоядерном синтезе вероятность реакции — и, следовательно, в конечном итоге энергия, производимая в реакторе, — значительно возрастает, когда спины сливающихся ядер, так называемого «термоядерного топлива», выравниваются параллельно», — добавил профессор Бюшер.
Для проверки этих результатов исследователи провели эксперименты с использованием гелия-3, изотопа благородного газа гелия. Для этого требовалось ежедневное получение предварительно поляризованного газа гелия-3 в Исследовательском центре Юлиха.
Использование мощного лазера для ускорения ионов
Этот газ был доставлен в специальных контейнерах в Центр исследований тяжелых ионов им. Гельмгольца (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung) в Дармштадте. На этом объекте команда использовала мощный лазер PHELIX для ускорения ионов.
Затем они проанализировали частицы с помощью детекторных пластин CR-39, чтобы подтвердить, что степень поляризации сохранялась на протяжении всего процесса.
Эти результаты также имеют значение для ускорения протонов и электронов. Рассеяние поляризованных электронов протонами и нейтронами может предоставить подробную информацию о структуре материи и фундаментальных взаимодействиях.
«Они особенно хорошо подходят для исследования физики за пределами Стандартной модели, например, для генерации возможных кандидатов в «темную материю», известных как аксионы», — заявил профессор Бюшер, говоря о возможных будущих применениях.
Исследование показало, что лазерно-плазменные ускорители способны сохранять поляризацию частиц, что подтверждает целесообразность использования компактных технологий в физике высоких энергий.
«Нам впервые в мире удалось продемонстрировать, что поляризация частиц 3He сохраняется при лазерно-плазменном ускорении. Это важное открытие для применения данной новой технологии ускорения в различных областях», — заключил Бюшер.
Sourse: interestingengineering.com
