Protonii accelerați cu lasere cu impuls lung ating o energie record de 132 MeV
Cercetătorii de la Universitatea Osaka au folosit lasere cu impuls lung și ținte ultrathin de grafen pentru a accelera protonii până la o energie de 132 MeV, aproape jumătate din viteza luminii. Rezultatele, publicate în Progress of Theoretical and Experimental Physics, demonstrează o metodă adaptată de accelerare a ionilor care ar putea contribui la dezvoltarea următoarei generații de acceleratoare de particule, cu mai puține probleme legate de vulnerabilitatea țintelor.
Abordarea standard de accelerare a ionilor cu laser folosește ținte ultrathin care sunt sensibile la prepulsul slab ce precede impulsul principal de laser de înaltă intensitate. Grafenul, cu combinația sa neobișnuită de grosime nanometrică și durabilitate, a rezistat acestui prepuls, rămânând intact până la sosirea impulsului principal.
Val electrostatic în mișcare susține accelerarea prelungită
Simulările au indicat că laserul a generat un val electrostatic propagat care s-a deplasat prin plasmă, creând un câmp de accelerare ce a purtat protonii energetici înainte timp de câteva picosecunde. Potrivit autorului principal Takumi Minami, utilizarea straturilor ultrathin de grafen și a unui impuls laser relativ lung permite accelerarea protonilor pentru o perioadă extinsă și atingerea energiei record de 132 MeV. Rezultatele arată că accelerarea de lungă durată poate împinge energiile protonilor dincolo de cele obținute în mod obișnuit cu impulsuri laser mai scurte.
Rețea neuronală convoluțională pentru identificarea semnalelor rare
Protonii de înaltă energie sunt rari, iar semnalele pe care le lasă în detector sunt greu de identificat. Pentru a depăși provocarea examinării a milioane de imagini, cercetătorii au folosit o rețea neuronală convoluțională care a atins o precizie de 99,2% într-o măsurătoare de înaltă energie, confirmând prezența semnalelor de protoni de până la 132 MeV.
Autorul senior Yasuhiro Kuramitsu a explicat că provocarea nu constă doar în producerea acestor protoni rari de înaltă energie, ci și în identificarea lor fiabilă, fiind necesară căutarea în milioane de imagini de detector pentru semnalele lăsate de ioni individuali și distingerea protonilor de cea mai înaltă energie de zgomotul de fond.
Descoperirile evidențiază avantajele atât ale accelerării cu laser cu impuls lung, cât și ale detectării bazate pe inteligență artificială pentru explorarea ionilor de energie mai mare. Se lucrează în continuare la detectoare de ioni online în timp real, iar combinarea acestor tehnologii ar putea permite în cele din urmă experimentelor cu laser să își analizeze rezultatele și să se optimizeze singure, apropiiind domeniul de sisteme laser autonome.
