Laserová imploze mikrobubliny.Kredit: M. Murakami / Osaka University.

Urychlovače částic jsou ultimátní mašiny soudobé vědy. Mívají gigantické rozměry a ještě mnohem větší pořizovací náklady, nemluvě o provozních výdajích. Není divu, že se vědecké týmy po světě snaží přijít s novými technologiemi urychlování částic, které by byly poněkud kompaktnější. Pomáhá jim v tom prudký technologický rozvoj v mnoha oblastech, například pokud jde o lasery.

Japonští badatelé z Univerzity v Ósace objevili nový mechanismus urychlování částic, který spočívá v implozích mikrobublinek. Při těchto implozích dochází k vyzařování vysoce energetických iontů vodíku, čili jinými slovy relativistických protonů. Takové protony jsou vyzářeny ve chvíli, kdy se mikrobubliny v hydridech, čili v binárních sloučeninách vodíku s jiným prvkem, smrští implozí až k velikosti atomů. K těmto implozím dochází po ozáření ultraintenzivním laserovými pulzy.

Masakatsu Murakami. Kredit: Osaka University.

Masakatsu Murakami a jeho kolegové popsali udivující fyzikální fenomén. A byla to světová premiéra. Když Murakamiho tým teoreticky stlačil hmotu do značně vysoké hustoty, odpovídající tomu, že by ve velikosti kostky cukru vážila více než 100 kilogramů, a blížící se hustotě bílých trpaslíků, tak se z kladně nabitého materiálu vyzářily vysokoenergetické protony. Za jejich urychlením stojí vznik extrémně silného elektrického pole nepatrných rozměrů. Aby protony získaly srovnatelnou energii v běžných urychlovačích, tak musí být urychlovány na vzdálenosti několika desítek až set metrů.

SPUSTIT ANIMACI

Nanopulzar opakovaných implozí a explozí ,vyzařující relativistické protony. Kredit: M. Murakami / Osaka University.

Během imploze mikrobubliny dochází k tomu, že se ionty řítí do jednoho bodu v prostoru asi tak polovinou rychlosti světla. Tento jev, který představuje něco jako opak Velkého třesku, je podle japonského týmu zásadně odlišný od všech doposud objevených nebo navržených principů urychlování částic. Muramaki a spol. také uskutečnili 3D simulaci opakovaně implodujících a explodujících mikrobublin, které jako přízračné nanopulzary vyzařují urychlené protony. A potvrdili, že by takové nanopulzary měly být stabilní. Zatím je to všechno jen teorie. Ale podle Muramakiho by mělo být možné uspořádat takový experiment už se soudobými technologiemi.

Pokud se potvrdí, že funguje, tak by si tato zbrusu nová technologie urychlování částic mohla najít velmi široké uplatnění. Vědci by s nanopulzarovými urychlovači mohli odhalovat tajemství hlubokého vesmíru, například v souvislosti se vznikem vysokoenergetických protonů na hvězdách. Podobný zdroj záření by se také mohl uplatnit v medicíně, například při protonové radioterapii rakoviny anebo v energetice při vývoji fúzních reaktorů či palivových článků.

Literatura
Osaka University 24. 5. 2018, Scientific Reports 8: 7537.