En el mundo de los aceleradores de partículas, los dispositivos láser de estela son los aditamentos pequeños, pero poderosos. Las máquinas pueden acelerar los electrones hasta cerca de la velocidad de la luz usando una fracción de la distancia requerida por los aceleradores de partículas convencionales. Sin embargo, los electrones no son todosuniformemente acelerado y haces con una mezcla de partículas más rápidas mayor energía y más lentas menor energía son menos prácticas.
Ahora, un equipo de investigadores de China, Corea del Sur y EE. UU. Ha propuesto una nueva forma de minimizar la propagación de energía de los electrones en los aceleradores láser de campo de estela. Publican su método en la revista Física de plasma , de AIP Publishing.
Los aceleradores láser Wakefield funcionan disparando un pulso láser ultrarrápido a través de un plasma. Los plasmas contienen iones cargados positivamente y electrones libres. A medida que el láser atraviesa el plasma, empuja a los electrones fuera del camino, dejando atrás una región de iones cargados positivamenteLa carga positiva atrae electrones detrás del pulso del láser en ondas. Estas ondas de plasma a su vez generan fuertes campos eléctricos que atrapan electrones y pueden acelerarlos a niveles de energía del orden de mil millones de electronvoltios, lo que significa que los electrones se están comprimiendo.alrededor del 99.99999 por ciento de la velocidad de la luz.
"A lo largo del eje que propaga el láser, el campo eléctrico longitudinal se asemeja a una ola oceánica muy empinada a punto de romperse, lo que hará que los electrones atrapados cerca de la parte trasera sientan una aceleración muy fuerte hacia adelante", dijo Jiansheng Liu, un físico delAcademia china de ciencias.
La aceleración es tan fuerte que los dispositivos láser de wakefield pueden elevar los electrones a niveles de energía ultraalta en solo centímetros, una hazaña que llevaría muchos metros a los aceleradores convencionales más avanzados.
Sin embargo, los aceleradores láser de estela tienen inconvenientes. Primero, los electrones pueden ingresar a la onda de plasma en diferentes momentos y los electrones que ingresan primero se aceleran por más tiempo. En segundo lugar, la aceleración no es uniforme, por lo que los electrones en diferentes ubicaciones reciben energía diferenteimpulsos. Ambos factores contribuyen a la propagación de energía para los electrones acelerados, una característica indeseable para aplicaciones prácticas.
Liu y sus colegas proponen una nueva forma de minimizar la propagación de energía. Después de que los electrones ingresan a la onda de plasma, pero antes de que se aceleren, el equipo propone insertar un compresor de plasma. El compresor aprieta los electrones y también cambia su orden,para que los electrones rápidos que estaban en la parte frontal del pulso ahora estén en la parte posterior.
Cuando el pulso acortado se acelera, los electrones rápidos en la parte posterior alcanzan a los electrones lentos en el frente, y el pulso final tiene una dispersión de energía muy pequeña.
Los esfuerzos previos para minimizar la propagación de energía optimizando el proceso de inyección de electrones o moldeando el campo de aceleración produjeron partículas cuyos niveles de energía variaron en varios puntos porcentuales. El nuevo esquema debería ser capaz de reducir la propagación de energía al nivel milésimo, másque 10 veces mejor.
Una dispersión de energía de un milésimo nivel o menor haría posibles nuevas aplicaciones para los aceleradores láser wakefield, incluido un láser de electrones libres de rayos X de mesa altamente deseable, dijo Liu.
los láseres de electrones libres de rayos X generan destellos de luz de rayos X lo suficientemente cortos e intensos como para producir películas de reacciones químicas y otros fenómenos ultrarrápidos, pero los electrones deben tener una energía muy ajustada para generar los rayos X coherentes necesarios paraUna imagen clara: los láseres de electrones libres de rayos X actuales son máquinas enormes alojadas en instalaciones nacionales como SLAC, el laboratorio acelerador nacional en Menlo Park, California.
Liu y sus colegas están trabajando actualmente en planes para probar su método propuesto mediante la construcción de un dispositivo en el laboratorio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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