來自德國杜塞道夫Heinrich Heine大學及Jülich研究中心的研究人員，首次在全球確認粒子在雷射電漿加速過程中的極化狀態得以保留。此發現對多項科學應用具重要意義，包括受控核融合。極化狀態指粒子的集體自旋排列，此次使用特定加速方法首次證實其得以保留。傳統粒子加速器如CERN運作的設施，為龐大設備，利用磁鐵及射頻腔室在數公里距離加速粒子。雷射電漿加速器則為新興緊湊替代方案，建造成本較低。
「這些加速器可實現比傳統加速器高約 1,000 倍的加速梯度，」研究人員在新聞稿中表示。
自旋排列維持穩定具關鍵意義
由Markus Büscher教授領導的研究團隊現已證實，儘管梯度極高，粒子自旋排列仍保持穩定。自旋排列維持穩定極為重要，因為它影響粒子間互動。在受控核融合領域，融合原子核自旋平行排列時，反應機率會增加。「自旋排列對多項基礎科學問題至關重要，因為它影響粒子間互動，」Büscher教授解釋。若用作燃料的原子核自旋正確排列，融合反應爐的能量輸出可提升。確認雷射電漿加速器不會破壞此排列，使其成為融合研究的可行工具。
「在受控核融合中，融合原子核——可謂『融合燃料』——自旋平行排列時，反應機率——從而最終產生反應爐能量——會顯著增加，」Büscher教授補充。
為驗證結果，研究人員使用惰性氣體氦的同位素Helium-3進行實驗。過程需每日於Jülich研究中心產生預極化Helium-3氣體，並以專用容器運至德國Darmstadt的GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung設施。
在該處，團隊利用PHELIX高功率雷射加速離子，隨後使用CR-39探測板分析粒子，確認極化程度全程維持。此發現亦對質子及電子加速具影響。使用極化電子與質子及中子散射，可提供物質結構及基礎互動的詳細資訊。「它們特別適合探討標準模型以外物理，例如產生被視為『暗物質』候選的axions，」Büscher教授指未來應用可能性。研究證實雷射電漿加速器可保留粒子極化，支持緊湊技術在高能物理的應用。
「我們首次在全球證實 3He 粒子在雷射電漿加速過程中的極化得以保留。這對此新加速技術在多領域應用為一重要發現，」Büscher總結。