O laser 'Flying Focus' supera a principal limitação em aceleradores de partículas baseados em plasma

Num novo estudo da Nature Physics, os investigadores aceleraram os electrões para mais do dobro da energia prevista pelo limite de defasagem tradicional para aceleradores de plasma laser que operam à mesma distância. Isso foi possível graças a um pulso de laser especialmente projetado, denominado foco voador, que neutraliza uma limitação de longa data conhecida como "defasagem".

Em um novo estudo da Nature Physics, os pesquisadores aceleraram os elétrons a mais de duas vezes a energia prevista pelo limite de defasagem tradicional para aceleradores de plasma a laser operando na mesma distância. A separação resultante de cargas positivas e negativas cria um campo elétrico que pode exceder 1 GV/cm, ordens de magnitude mais fortes do que os campos sustentados em aceleradores convencionais de radiofrequência.

Foi assim que os atuais aceleradores de última geração atingiram 10 GeV em um único estágio. Mas a densidade mais baixa também enfraquece o campo de aceleração, o que significa que são necessárias energias laser mais elevadas para compensar, e atingir 100 GeV desta forma exigiria plasmas com cerca de 10 metros (33 pés) de comprimento.

Descubra o que há de mais recente em ciência, tecnologia e espaço com mais de 100.000 assinantes que confiam no Phys. org para obter insights diários. Para eliminar a defasagem, a equipe recorreu a uma técnica chamada aceleração de campo de despertar a laser sem defasagem (DLWFA), proposta pela primeira vez teoricamente em 2020.

A densidade do plasma dentro da célula foi medida em cada disparo usando interferometria, e o espectro de energia do feixe de elétrons resultante foi registrado a jusante com um espectrômetro magnético. Os pesquisadores descobriram que apenas uma faixa estreita de densidades, aproximadamente 4, 5 a 5, 4 × 10¹⁸ cm⁻³, aproximou a velocidade do wakefield o suficiente da velocidade da luz no vácuo para produzir aceleração sem defasagem.

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