Ny teknik kan krympa partikelacceleratorer som CERN kraftigt

Partiklar med hög energi kan användas vid cancerbehandling, materialanalyser och mycket mer. Men för att partiklarna ska bli tillräckligt energirika krävs kilometerlånga tunnlar där de accelereras till hög fart. Med en ny teknik utvecklad av Olle Lundh ska accelerationssträckan krympa från kilometer till decimeter.

Olle Lundh

Doktor i atomfysik

Wallenberg Academy Fellow 2014

Lärosäte:
Lunds universitet

Forskningsområde:
Partikelacceleration med högeffektlaser

Material och reaktioner kan studeras ända ner på atomnivå genom att man bestrålar dem med partiklar med hög energi. Partiklarna får sin energi genom att accelereras i elektriska fält, som i dag måste sträcka sig över flera kilometer. Ju mindre saker man ska studera, desto högre energi behöver partiklarna ha, och då krävs längre accelerationssträckor.

Vid de forskningsanläggningar där partiklarna produceras, som CERN och MAX IV i Lund, byggs acceleratorerna därför större och större. Den så kallade LHC-acceleratorn som användes för att hitta Higgspartikeln är 27 kilometer lång. En maskin som kallas ILC, som fortfarande är på planeringsstadiet, är tänkt att bli omkring 40 kilometer lång.

Lundateknik intresserar CERN

Men en ny teknik som utvecklas vid Lunds universitet gör fältet tiotusen gånger så starkt som dagens metoder. Det hela bygger på en högeffektlaser som finns vid Fysiska institutionen. Wallenberg Academy Fellow Olle Lundh och hans kollegor använder den för att bestråla gaser, så att en mycket stor mängd energi förs in i gasen på kort tid. Då delas gasatomerna upp i joner och fria elektroner. Mellan jonerna och elektronerna blir den elektriska kraften så stark att den skjuter iväg elektronerna.

– Det blir som en båt på vatten. När laserpulsen rör sig genom gasen skjuter den undan de lätta elektronerna, men de rör sig genast tillbaka, som en svallvåg. På så vis får man starka elektriska fält som följer med laserpulsen, säger Olle Lundh.

Eftersom fältet är tiotusen gånger så starkt som de som används i dagens anläggningar, blir den nödvändiga accelerationssträckan för partiklarna en tiotusendel så lång. Arbetet går alltså att göra i ett normalstort rum.

– Jag vill ju inte säga att vi är bättre än CERN, men… En av de framtida tillämpningarna ligger helt klart där, i de experiment inom partikelfysik som görs hos dem. Fast det vi gör är grundforskning, vi har ju ingen anläggning redo för användare, säger Olle Lundh.

Trots det är forskarna på CERN redan intresserade, och han har varit där för att visa upp den nya tekniken. Möjligheten att använda den praktiskt ligger inte långt borta.

Forskardröm sedan barndomen

Redan i mellanstadiet ville Olle Lundh bli forskare.

– Jag minns att jag lånade böcker på biblioteket under mellanstadiet och högstadiet som var för studenter på tidig universitetsnivå. Fast jag förstod väl inte så mycket precis.

Först tänkte han bli astrofysiker, men under högstadiet blev han mer intresserad av genetik och biologi. På gymnasiet intresserade han sig mer för matematik och programmering, och började skriva egna datorprogram.

”Att utses till Wallenberg Academy Fellow är ett kvitto på att jag är på rätt spår, att andra än jag själv tycker att det jag gör är viktigt. Självklart spelar pengarna också stor roll. Med dem kan min forskargrupp växa och bli större. Vi har fin och bra utrustning, men vi behöver vara fler forskare för att utnyttja den fullt ut.”

Ingen annan i familjen är naturvetare. Hans föräldrar är båda forskare, men inom historia, och alla Olle Lundhs syskon arbetar med musik på olika sätt. Han spelade själv mycket piano under barndomen, och efter gymnasiet valde han mellan att börja musikprogram på folkhögskola eller att läsa vid universitetet.

Det blev teknisk fysik. Under sitt examensarbete fick han prova att använda en högeffektlaser.

– Jag tyckte att det var häftigt. Och jag tycker det är kul att mitt forskningsfält är så brett. Själv arbetade jag från början med optik, men i vår verksamhet ingår också plasmafysik, laserfysik, partikelfysik, och det finns tillämpningar inom medicinsk fysik, säger Olle Lundh.

Viktig drivkraft att vara först

Han har arbetat en del med olika typer av strålterapi, och gjort experiment på hudcancerceller vid ett laboratorium i Paris.

Att producera röntgenstrålning är en av de saker han ska arbeta vidare med som Wallenberg Academy Fellow. Dessutom ska han förbättra tekniken genom att prova olika gasblandningar, olika tryck i gaskammaren, och testa att använda flera lasrar samtidigt.

– Mycket tid går åt till att se till att lasern har högsta prestanda. Vi har precis jobbat i sex månader med en uppgradering, och till sist lyckades vi dubbla lasereffekten. Experimenten är komplexa och det ställer stora krav på doktoranderna som sköter apparaterna. De behöver ha koll på fysiken och teorin och samtidigt ha ett praktiskt handlag med både lasrar och lödkolvar. Det är en fördel att arbeta så, snarare än att ha tekniker anställda som sköter allt. På det här viset vet forskarna verkligen vad de gör hela tiden. Man stoppar inte bara in något och ser vad som kommer ut på andra sidan, säger Olle Lundh.

Han tycker om att handleda doktorander, och att samarbeta med andra forskare.

Och så gillar han att se sådant som ingen sett förut.

– Det är ju där själva motivationen ligger. Att få skriva ”for the first time” i en vetenskaplig artikel – det tycker jag är kul!

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström