Los investigadores generan electrones ultrarrápidos utilizando sistemas láser de mesa

En los aceleradores de partículas masivas, las partículas subatómicas (como los electrones) se aceleran a velocidades muy altas, comparables a la velocidad de la luz, hacia la superficie objetivo. Las colisiones de partículas subatómicas aceleradas dan lugar a interacciones únicas que permiten a los científicos obtener una comprensión más profunda de las propiedades fundamentales de la materia.

Tradicionalmente, los aceleradores de partículas basados ​​en láser requieren láseres costosos (que oscilan entre 1 y 20 millones de dólares estadounidenses) y están ubicados en grandes instalaciones nacionales. Una configuración compleja como esta es capaz de acelerar electrones a energías de megaelectronvoltios (MeV). Pero, ¿podría usarse un láser más simple que cueste sólo una fracción de los láseres utilizados actualmente para diseñar esquemas similares de aceleración de partículas?

En un salto emocionante, los científicos del Instituto Tata de Investigación Fundamental de Hyderabad (TIFRH) han diseñado con éxito una solución elegante para generar MeV(10).⁶ eV) electrones de temperatura a una fracción (100 veces menor) de la intensidad del láser que antes se pensaba que era necesaria.

Los resultados son publicado en la revista Física de las comunicaciones.

Esta tecnología emite dos pulsos láser; Primero, para crear una pequeña explosión controlada en una pequeña gota, seguida de un segundo pulso para acelerar los electrones a energías de megaelectronvoltios (MeV). Lo que es aún más emocionante es que lo lograron utilizando 100 veces menos láser de lo que se creía necesario, lo que lo hace más accesible y versátil para futuras investigaciones. Las implicaciones de este descubrimiento podrían ser interesantes debido al potencial de producir haces de electrones de alta energía para aplicaciones que van desde pruebas no destructivas, imágenes, tomografía y microscopía y podrían afectar la ciencia de los materiales y las ciencias biológicas.

La configuración desarrollada por los investigadores del TIFRH utiliza un láser de clase milijulio, disparado a una velocidad de 1.000 pulsos por segundo con pulsos ultracortos de 25 fs, y se utiliza para cincelar dinámicamente gotas de hasta 15 micrómetros de diámetro. Esta configuración dinámica del objetivo implica dos pulsos láser trabajando en tándem. El primer pulso forma una superficie cóncava en la gota de líquido, mientras que el segundo impulso impulsa ondas de plasma electrostáticas, empujando electrones a energías de MeV.

Las ondas electrostáticas son oscilaciones del plasma muy similares a las perturbaciones mecánicas que se producen en un estanque de agua cuando atraviesa una piedra. Aquí el láser crea perturbaciones en el mar de electrones y genera un “tsunami de electrones” que se rompe para emitir electrones de alta energía, muy parecido al chapoteo de una ola en la costa del mar. Este proceso genera no uno, sino dos haces de electrones, cada uno con distintos componentes de temperatura: 200 keV y 1 MeV.

Esta innovación produce haces de electrones dirigidos que superan los 4 MeV utilizando un láser de mesa, lo que la convierte en un punto de inflexión en los estudios microscópicos resueltos en el tiempo en diversos campos científicos.