Pedal de gás compacto gera dezenas de bilhões de elétron-volts de energia, deixando os elétrons navegarem na esteira do laser

Os pedais de gás de partículas têm grande potencial para aplicações de semicondutores, imagens médicas e terapia, e materiais, energia e pesquisa médica. Mas os pedais do acelerador tradicionais requerem um grande espaço para operar, são muito caros e estão disponíveis apenas em alguns laboratórios e universidades nacionais. De acordo com a última edição da revista Matter and Radiation in Extreme Conditions, uma equipe de pesquisadores, incluindo a Universidade do Texas em Austin, demonstrou um acelerador de partículas compacto com menos de 20 metros de comprimento, chamado Advanced Laser Tail Field Accelerator, que produz um feixe de elétrons com energia de 10 bilhões de elétron-volts.
Atualmente, existem apenas dois pedais de acelerador nos EUA que podem atingir energias eletrônicas tão altas, mas ambos têm 3 quilômetros de comprimento. Agora, os pesquisadores podem atingir energias tão altas em uma câmara de até 10 centímetros.
Os pedais de gás de campo de despertar a laser são baseados no princípio de disparar gás hélio com um laser extremamente poderoso que o aquece em um plasma e cria ondas que expulsam elétrons do gás, criando um feixe de elétrons de alta energia. O conceito foi amplamente divulgado desde que foi proposto em 1979.
Desta vez, o principal avanço da equipe de pesquisa depende das nanopartículas. Um laser auxiliar atinge uma placa de metal dentro da câmara de gás, que injeta um fluxo de nanopartículas metálicas que aumenta a energia transferida da onda para os elétrons.
O laser, como um barco deslizando pela superfície de um lago, deixa um rastro, e os elétrons percorrem essa onda de plasma como um surfista. Os pesquisadores comparam isso à dificuldade de um surfista entrar em uma onda sem controle, então normalmente uma lancha arrasta o surfista para dentro da onda. No novo pedal do acelerador, as nanopartículas equivalem a um barco a motor, liberando seus elétrons no ponto certo e na hora certa, para que todos possam “surfar” na cauda.
Em seus experimentos, os pesquisadores usaram um dos lasers pulsados ​​mais poderosos do mundo, o Texas Tile Laser, que emite um pulso de luz ultrapoderoso uma vez por hora, mas dura apenas 150 femtossegundos.
A equipe está atualmente explorando o uso de seu pedal do acelerador para diversos fins, como testar a capacidade da eletrônica espacial de resistir à radiação, fotografar o interior 3D dos designs de chips e até mesmo desenvolver novas terapias contra o câncer e técnicas avançadas de imagens médicas.
O pedal do acelerador também poderia ser usado para alimentar um laser de elétrons livres de raios X, um dispositivo que pode gravar filmes em câmera lenta de eventos em escala atômica ou molecular, como interações entre drogas e células, mudanças dentro de uma bateria que causam um incêndio. para começar, as reações químicas dentro de um painel solar e a maneira como as proteínas virais mudam de forma à medida que infectam uma célula.