Лазерно-плазменные ускорители — более компактная альтернатива гигантским кольцевым ускорителям, таким как Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе. Они могут быть построены с намного меньшими затратами и способны обеспечивать градиенты ускорения примерно в 1000 раз выше, чем традиционные ускорители. Однако до сих пор было неясно, сохраняется ли при таком ускорении спиновая поляризация частиц — их коллективное спиновое упорядочивание.

Команда ученых под руководством профессора Маркуса Бюшера впервые показала, что несмотря на столь высокие градиенты, спиновое упорядочивание частиц остается стабильным. Для проверки теоретических расчетов исследователи из Института Петера Грюнберга провели эксперимент с использованием гелия-3, ионы которого ускоряли мощным лазером. Затем частицы анализировали при помощи детектора, чтобы подтвердить степень поляризации ионов.

Эксперимент показал, что поляризация ионов гелия-3 сохраняется в процессе ускорения.

Поддержание спинового выравнивания влияет на взаимодействие частиц. В практическом применении это означает более высокую вероятность реакции ядерного синтеза. Кроме того, работа открывает путь к более дешевым и компактным ускорителям, пишет Phys.

Помимо важности для атомной энергетики результаты исследования позволят глубже проникнуть в структуру материи, а также исследовать физику за пределами Стандартной модели, например, искать аксионы, кандидаты в темную материю.

Обычно для изучения внутренней структуры атомных ядер требуются огромные, многокилометровые установки, которые разгоняют пучки электронов. Новый молекулярный метод, разработанный группой ученых из США, позволит проводить такие эксперименты на лабораторном столе.