Метод набирает популярность в медицине — для точечного уничтожения раковых клеток, в обработке полупроводниковых материалов, а также в исследованиях термоядерного синтеза и высокоточной визуализации.

Обычно для этого требуются гигантские лазерные системы с энергией в несколько джоулей. Они выстреливают ионы, разгоняя их до скоростей, сравнимых с теми, что достигаются в огромных ускорителях с миллионами вольт. Но есть проблема — такие лазеры могут стрелять лишь несколько раз в секунду, иначе перегреются и выйдут из строя. Из-за этого их применение пока ограничено лабораторными экспериментами, а для реальных задач нужны куда более частые импульсы.

В университетских лабораториях давно работают с компактными лазерами, которые дают тысячи импульсов в секунду, но их энергия в тысячу раз меньше — всего миллиджоули. Считалось, что с их помощью можно разогнать ионы лишь до нескольких киловольт, а это ничто по сравнению с мегавольтными пучками из больших установок.

Но группа ученых из TIFR Hyderabad под руководством профессора М. Кришнамурти нашла способ обойти это ограничение. В их эксперименте, описанном в Physical Review Research, миллиджоулевый лазер, стреляющий тысячу раз в секунду, разогнал протоны до мегавольтных энергий. Они не стали бороться с помехами, а превратили их в преимущество.

Обычно так называемые пре-импульсы — слабые всплески лазерного излучения перед основным импульсом — мешают ускорению, разрушая поверхность мишени. Ученые тратят силы на их подавление, усложняя систему. Но индийские физики поступили иначе. Пре-импульс в их установке формирует в микрокапле жидкости полость с разреженной плазмой. Когда основной импульс попадает в нее, в плазме рождаются мощные волны. Их коллапс выбрасывает потоки быстрых электронов, которые, в свою очередь, разгоняют протоны до сотен киловольт.

Теперь компактные лазеры могут делать то, что раньше требовало гигантских установок. Без подавления помех, без запредельных мощностей — просто за счет умного использования того, что раньше считалось недостатком.

Этот метод открывает двери для дешевых и компактных ускорителей, которые можно использовать:

• В медицине — для лучевой терапии опухолей без дорогостоящих циклотронов.
• В материаловедении — для модификации поверхностей с высокой точностью.
• В фундаментальной физике — для моделирования экстремальных состояний вещества, как в звездах или термоядерных реакциях.

Главный плюс — масштабируемость. Если раньше такие эксперименты были доступны только в крупных научных центрах, теперь их можно проводить в обычной университетской лаборатории.

Традиционная ложка дегтя: пока неясно, насколько стабильно работает метод при длительной эксплуатации. Микрокапли жидкости должны подаваться с идеальной точностью тысячи раз в секунду — любая ошибка приведет к сбою. Кроме того, энергия протонов хоть и высока, но все же ниже, чем у традиционных ускорителей.

Ранее ученые заявили, что сокращение мощности лазера может увеличить выходной сигнал.