With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹⁸ W/cm²). Sob essas condições físicas extremas, a matéria é completamente ionizada em plasma, e elétrons extremamente leves podem ser diretamente acelerados pelo campo elétrico do laser-um processo conhecido como Aceleração Direta do Laser (DLA). Este processo serve como base fundamental para muitos campos de fronteira, incluindo aceleradores avançados, fontes de radiação de alta{4}}energia e ciência de attossegundos.
No entanto, a tecnologia DLA tradicional tem sido atormentada por um desafio central: ela depende principalmente da força ponderomotriz longitudinal dos lasers gaussianos para a condução. No entanto, a força ponderomotriz transversal de um laser gaussiano exibe uma distribuição gaussiana, que inevitavelmente empurra os elétrons para fora. Isso dificulta severamente a aceleração estável dos elétrons e se tornou um problema de "gargalo" no campo.
Para superar esse desafio, a equipe de pesquisa do SIOM expandiu de forma inovadora os campos de laser estruturados em experimentos de aceleração de elétrons. Eles utilizaram a distribuição de intensidade oca exclusiva e o momento angular orbital intrínseco dos lasers Laguerre-Gaussianos (LG) para manipular elétrons com precisão. Resultados experimentais mostram que os lasers LG polarizados circularmente para canhotos possuem um campo elétrico longitudinal único no eixo óptico. Combinado com o efeito de foco transversal, isso forma com sucesso uma estrutura de aceleração estável de "bolha de vácuo". Esta estrutura é semelhante às bolhas de plasma na aceleração clássica de wakefield, proporcionando um ambiente ideal para aceleração de elétrons estável e altamente eficiente.
Essa conquista não apenas preenche a lacuna na verificação experimental do DLA relativístico a laser LG-, mas também melhora significativamente a estabilidade e a colimação do feixe de elétrons. Além disso, o gradiente de aceleração no campo do laser LG é diretamente proporcional à intensidade do laser e é independente do ambiente complexo de plasma subsequente. Essa característica única abre um caminho completamente novo para a criação de estruturas de aceleração compactas em escala micrométrica, potencialmente transformando o conceito de "aceleradores compactos" em realidade. Com maior otimização no futuro, espera-se que esta tecnologia seja amplamente aplicada em física ultrarrápida, ciência de materiais e imagens médicas, impulsionando o desenvolvimento em múltiplas disciplinas.
