Feixes de partículas polarizadas por spin são comumente usados em física de partículas e nuclear para testar o Padrão Padrão ou para mapear ressonâncias hadrônicas. Até agora, a sua produção dependia de aceleradores convencionais baseados em radiofrequência. As interações laser-plasma e a aceleração do plasma acionada por lio demonstraram ser métodos viáveis para a obtenção de feixes de partículas de subida virilidade em distâncias muito mais curtas. Apesar dos muitos progressos na compreensão dos fenómenos subjacentes à aceleração baseada em plasma, a sua capacidade de produzir feixes polarizados ainda não foi comprovada.
Há dez anos, um grupo do Forschungszentrum Jülich e da Heinrich-Heine University Düsseldorf, na Alemanha, propôs um concepção para a produção de feixes de elétrons, prótons ou íons altamente polarizados através da aceleração de plasma baseada no uso de alvos polarizados. Cá os spins das partículas a serem aceleradas já estão alinhados antes da formação do plasma. Embora o método pareça simples em princípio, requer uma consideração cuidadosa de vários desafios técnicos associados à manutenção e utilização da polarização num envolvente de plasma. Finalmente, os alinhamentos de spin normalmente requerem baixas temperaturas, tornando contra-intuitivo que possam insistir 108Plasma K por tempo suficiente para ter aplicações práticas.
Um estudo teórico de 2020 das leis de graduação para os tempos de despolarização revelou a viabilidade da aceleração de partículas polarizadas em campos de plasma fortes. Dezenas de simulações numéricas levaram à desfecho de que os feixes polarizados da aceleração do plasma deveriam estar ao alcance, com os feixes de hádrons exigindo a implementação mais simples. Isso ocorre porque os hádrons possuem momentos magnéticos muito menores e, portanto, seu alinhamento de spin nos campos magnéticos do plasma é muito mais inerte em confrontação aos elétrons. Ou por outra, do ponto de vista do cândido, os núcleos polarizados podem ser fornecidos mais facilmente do que os elétrons.
Numa experiência no laser de petawatt PHELIX no GSI Darmstadt, o grupo Jülich-Düsseldorf forneceu agora a primeira evidência de uma persistência quase completa da polarização nuclear depois a aceleração do plasma para energias MeV. O grupo usou uma polarização de até 50% 3O cândido de jato de gás, que foi irradiado por pulsos de laser de 2,2 ps, cada um com uma virilidade de tapume de 50 J. A polarização do depressa 3Os íons He foram medidos com dois polarímetros idênticos, otimizados para feixes iônicos curtos da aceleração do plasma e montados perpendicularmente ao eixo do laser. Para aqueles casos em que os spins nucleares no gás cândido estavam alinhados perpendicularmente à direção de voo dos íons de hélio, foi observada uma assimetria angular das partículas espalhadas nos polarímetros, o que está desempenado com uma polarização transversal do depressa 3Ele íons. Nenhuma tal assimetria foi encontrada para o gás não polarizado.
A equipe planeja agora repetir os experimentos no PHELIX com maior polarização de gás e o uso de um cândido de jato de gás mais limitado (0,5 mm em vez de 1,0 mm). Isto teria a vantagem de que o 3Os íons He são emitidos predominantemente na direção do lio de laser e em energias significativamente mais altas (10–15 MeV). “Para intensidades de laser ainda mais altas (> 10 PW), propusemos um esquema fundamentado na aceleração de choque para produzir > 100 MeV polarizados 3Ele sorri”, diz Markus Büscher de Jülich. “Ou por outra, um cândido polarizado de gás cloreto de hidrogênio para aceleração acionada por laser ou lio de prótons polarizados e feixes de elétrons está sendo desenvolvido.”