Ilustrace urychlovače s mikrotryskou. Kredit: Masakatsu Murakami.

Kdo by nechtěl mít na stole urychlovač částic? Bylo by to jako zkondenzovaná vědeckotechnická revoluce. Kdysi by asi jen málokoho napadlo, že bude možné prohánět vysokoenergetické částice na zařízení, které se vejde do laboratoře. Dnes je z toho fascinující směr vývoje fyzikálních technologií.

Masakatsu Murakami. Kredit: University of Osaka.

Výzkumný tým, který vedl Masakatsu Murakami z japonské University of Osaka, vyvinul nový koncept pro stolní urychlovače částic, který využívá urychlování mikrotryskou (MNA, micronozzle acceleration). Jejich systém zahrnuje strukturu (microtarget), podobnou miniaturní trysce, mikrotrysku, kterou by ozařovaly ultraintenzivní a ultrakrátké laserové pulzy.

Vědci v tomto systému s využitím pokročilých simulací prokázali, že by mohl generovat kvalitní paprsky protonů o energii v měřítku gigaelektronvoltů.

Schéma urychlovače s mikrotryskou. Kredit: Murakami et al. (2025), Scientific Reports.

Srovnatelné tradiční metody urychlování s laserem využívají plochou cílovou strukturu terče (target) a urychlují částice na energie pod 100 MeV. Použití mikrotrysky umožňuje trvalé, postupné zrychlování protonů v silném kvazistatickém elektrickém poli vytvořeném uvnitř terče.

S tímto novým mechanismem lze dosáhnout urychlení protonů nad 1 GeV při udržení výborné kvality a stability protonových paprsků. Podle Murakamiho svým objevem otevírají cestu ke kompaktním a vysoce efektivním urychlovačům. Má to potenciál pro pokrok v oblasti laserové fúzní energetiky, radioterapií anebo „laboratorní“ astrofyziky.

Badatelé simulovali urychlovač částic s mikrotryskou na superpočítači SQUID na University of Osaka. Byla to první teoretická demonstrace kompaktního GeV urychlovače s mikrotryskou. Kdy asi dorazí podobné mašiny na trh?

Video: Tabletop particle accelerators ultrapowerful compact machines

Literatura

Phys.org 2. 6. 2025.

Scientific Reports 15: 19112.