Nere i en källare i Lund accelereras elektroner och protoner till extrema hastigheter. Tekniken kan göra dagens enorma partikelacceleratorer överflödiga. Men här läggs även grunden för morgondagens cancerbehandling.
Vad händer med materia när den utsätts för extrema ljusstyrkor? Den frågan ställer sig atomfysikerna Claes-Göran Wahlström och Anders Persson. Till sin hjälp har de en högintensiv laser som står i källaren vid Institutionen för fysik.
Ett öronbedövande tickande gör sig påmint redan på avstånd. Det är ljudet från ljusblixtar som produceras tio gånger i sekunden. Väl inne möts man av ett hav med gröna laserstrålar som transporteras åt olika håll med hjälp av linser och speglar. Här är skyddsglasögon ett måste.
– Med hjälp av den höga intensiteten i ljuspulserna från lasern utsätter vi materia för villkor som ingen gjort förut, säger Claes-Göran Wahlström, professor i atomfysik och nybliven vinnare av Lindbomska belöningen.
Världsledande nivå
För ungefär ett år sen kom det stora genombrottet. Med hjälp av laserpulser kan elektroner slitas bort från atomerna i en gas. Detta skapar ett så kallat plasma. I plasmat skapar sedan laserpulsen enorma elektriska fält som på mycket kort sträcka accelererar elektroner till hastigheter nära ljusets. Acceleratorfysiker världen runt följer med spänning denna utveckling. Förhoppningen är att elektroner som ökar i fart med hjälp av laser ska kunna ersätta, eller komplettera, dagens enorma partikelacceleratorer.
Fram till mitten av 1980-talet krävde forskning med extrema ljusintenstiter enorma lasersystem med mycket stor och dyr optik. Lasern i Lund når högre effekter och är samtidigt mycket mindre. Lösningen ligger dels i att ljuspulserna görs kortare, dels i sättet de förstärks i lasern. Intensiva ljusblixtar skapar en kort laserpuls med låg energi som sträcks ut och görs tusentals gånger längre. Energin ökas miljontals gånger i den utsträckta pulsen som slutligen komprimeras tillbaka. Den stora ansamlingen av energi som uppstår i slutet skapar en laser utöver det vanliga.
– Resultatet blir en mycket kort ljusblixt med extremt hög toppeffekt. Genom att sträcka ut pulsen innan den förstärks undviker man den höga effekten inne i lasern, som annars skulle bränna sönder vanliga linser och speglar, säger Anders Persson, doktor i atomfysik.
Vapen mot cancer
Lundalasern har nyligen uppgraderats till en svindlande toppeffekt på fyrtiotusen miljarder watt. Det är framför allt denna uppgradering som gjort den höga accelerationen av elektroner möjlig. Men forskningen befinner sig fortfarande på en grundläggande nivå.
– Det är för tidigt för att säga vart det här leder. Men det är klart att ny kunskap ger nya möjligheter, säger Claes-Göran Wahlström.
En annan del av forskningen handlar om vad som händer när protoner acceleleras med hjälp av lasern. På grund av att de väger mer når protoner inte lika höga hastigheter som elektronerna. Men fartökningen är ändå tillräcklig för att väcka hopp om revolutionerande tillämpningar i den medicinska världen. Protonstrålar som kommer upp i tillräckligt hög hastighet har nämligen enorm potential att döda cancertumörer.
– Den röntgenstrålning som vanligtvis används vid strålbehandling skadar även frisk vävnad kring själva tumören. Men protoner gör mest skada just där de stannar. Ju högre hastigheter som protonerna kommer upp i, desto djupare in i kroppen når de. Genom att noggrannt välja rätt protonhastigher kan man uppnå en väldigt träffsäker strålbehandling, säger Claes-Göran Wahlström.
Han påpekar dock att än återstår mycket grundläggande forskning innan de laseraccelerade protonerna i Fysicums källare blir medicinskt användbara.
Foto: Jonas Jacobson
