来自杜塞尔多夫海因里希·海涅大学和于利希研究中心的研究人员表示，他们“全球首次”证实，在激光等离子体加速过程中，粒子的偏振状态能够保持不变。
这项发现对包括受控核聚变在内的各种科学应用都很重要。研究人员首次通过这种特定的加速方法，证实了偏振（即粒子集体自旋方向的一致性）能够保持。
传统的粒子加速器，比如欧洲核子研究中心（CERN）那种，利用磁铁和射频腔在数公里长的距离上加速粒子，属于大型设备。而激光等离子体加速器则是一种紧凑型替代方案，建造成本更低，正在逐渐兴起。
“这些加速器的加速梯度可以达到传统加速器的近1000倍，”研究人员在一份新闻稿中说道。
保持自旋对齐具有重要意义
由Markus Büscher教授领导的研究团队刚刚证实，尽管有这么高的梯度，粒子的自旋对齐仍保持稳定。
保持自旋对齐很重要，因为它会影响粒子间的相互作用。在受控核聚变领域，如果聚变核的自旋能平行对齐，反应几率就会更高。
“自旋对齐对很多基础科学问题都很关键，因为它会影响粒子间的相互作用，”Büscher教授解释说。
如果用作燃料的原子核自旋方向对齐正确，就能提高聚变反应堆的能量输出。实验证实，激光等离子体加速器不会破坏这种对齐，因此它成为聚变研究的一种可行工具。
“在受控核聚变中，当聚变燃料的原子核（也就是所谓的‘聚变燃料’）自旋方向平行对齐时，反应概率会显著提高，最终反应堆产生的能量也会大幅增加，” Büscher教授补充道。
为了验证这些结果，研究人员使用氦-3（惰性气体氦的一种同位素）进行了实验。该过程需要在于利希研究中心每天制备预极化的氦-3气体。
用高功率激光来加速离子
他们把这种气体装在特殊容器里，运到了达姆施塔特的GSI亥姆霍兹重离子研究中心。在那里，团队用PHELIX高功率激光加速了这些离子。
随后，他们使用CR-39探测板分析这些粒子，来确认整个过程中偏振度没有变。
这些发现对加速质子和电子也有启发。用偏振电子散射质子和中子，可以提供关于物质结构及基本相互作用的详细信息。
“它们特别适合研究超越标准模型的物理学，例如生成称为‘轴子’的‘暗物质’候选者，”布舍尔教授在谈到未来潜在用途时这样断言。
该研究证实，激光等离子体加速器可以保持粒子的极化，这一结果支持在高能物理中使用紧凑型技术。
“我们在全球范围内首次证明，氦-3（³He）粒子的极化在激光等离子体加速过程中得以保持。这一发现对于这种新型加速技术在各种应用领域具有重要意义，”布舍尔总结道。
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