Utilizando un láser para perforar a través de un plasma, científicos del Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) han establecido un nuevo récord mundial para los aceleradores de plasma.

En un tubo de plasma de solo 20 centímetros de largo, los científicos aceleraron los electrones a una energía de 7.800 millones de electronvoltios (GeV), un valor para el cual los aceleradores de partículas convencionales más avanzados de la actualidad requieren cientos de metros.

El equipo dirigido por Wim Leemans, entonces jefe del Centro de Acelerador Láser del Laboratorio de Berkeley (BELLA) y ahora director de Acelerador en DESY, presenta el novedoso concepto en la revista Physical Review Letters.

Un plasma es un gas en el que las moléculas han sido despojadas de sus electrones, creando una mezcla de moléculas cargadas positivamente y electrones cargados negativamente.

«El desarrollo de una aceleración de plasma estable con energías cercanas a 10 GeV es un hito en la camino desde el laboratorio hasta las primeras aplicaciones», dijo en un comunicado Leemans, quien planea mejorar aún más el método en DESY. «Hemos desarrollado un nuevo concepto en la caja de herramientas, y junto con otros conceptos para la aceleración, la estabilidad del haz y el control del haz existentes en DESY, esto permitirá fuentes de electrones compactas».

Los aceleradores de partículas son herramientas indispensables en muchas áreas, desde la ciencia hasta la industria y la medicina. Los aceleradores convencionales utilizan ondas de radio para empujar grupos de partículas cargadas eléctricamente como electrones hacia adelante cada vez más rápido. La técnica es muy avanzada y produce haces de partículas de alta calidad, pero las altas energías requieren mucho espacio y dinero.

La aceleración con plasma láser es un concepto completamente diferente. Utiliza un pulso de láser intenso y de alta energía que recorre un plasma. Como una lancha rápida en un lago, el pulso láser crea ondas a su paso. Los electrones pueden montar estas ondas de plasma como un esquiador acuático monta las olas en la estela de un barco. Las ondas de plasma pueden acelerar las partículas cientos de veces más fuertes que los mejores aceleradores convencionales. Aunque aún quedan por resolver numerosos desafíos, la técnica promete aceleradores más baratos y dramáticamente más pequeños y aplicaciones novedosas.

Cuanto más potente sea el pulso del láser, mayor será la aceleración en el plasma. El equipo de BELLA disparó pulsos de láser infrarrojos increíblemente intensos y cortos, cada uno con una potencia máxima de unos 850 teravatios y una duración de solo 35 femtosegundos), en un tubo de zafiro de 0,8 milímetros de ancho lleno de hidrógeno. La potencia máxima es equivalente a encender aproximadamente 8.500 billones de bombillas de 100 vatios simultáneamente, aunque las bombillas se encenderían solo durante decenas de femtosegundos.

«La simple creación de grandes ondas de plasma no fue suficiente», señaló Anthony Gonsalves, de Berkeley Lab, autor principal del estudio. «También necesitábamos crear esas ondas en toda la longitud del tubo de 20 centímetros para acelerar los electrones a una energía tan alta». Para ello, se requería un canal de plasma, que limita el pulso del láser de la misma manera que una fibra óptica. Canales de cable óptico de luz. Pero a diferencia de una fibra óptica convencional, un canal de plasma puede soportar los pulsos de láser ultra intensos necesarios para acelerar los electrones. Para formar dicho canal, el plasma debe ser menos denso en el medio.

Fuente: EP