Electrones a 10 gigaelectronvoltios en un acelerador de solo 30 centímetros

Empleando dos láseres y un avanzado sistema de inyección supersónica de gas, unos científicos han conseguido acelerar un haz de alta calidad de electrones hasta 10 gigaelectronvoltios (diez mil millones de electronvoltios) en un espacio de tan solo 30 centímetros. Los aceleradores convencionales miden muchos metros y hasta kilómetros.

Este logro, obra de un equipo encabezado por Alexander Picksley del Laboratorio Nacional estadounidense Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), constituye un importante progreso en la aceleración de partículas mediante láser y plasma, un método prometedor para conseguir aceleradores de partículas compactos y de alta energía que podrían tener aplicaciones en física de partículas, medicina y ciencia de los materiales.

El experimento se llevó a cabo en el BELLA (Berkeley Lab Laser Accelerator Center), donde en 2019 ya se logró un récord mundial de aceleración de electrones hasta 8 gigaelectronvoltios en 20 centímetros. El nuevo experimento no solo aumenta la energía del haz, sino que también produce por primera vez un haz de alta calidad a este nivel de energía, abriendo el camino hacia futuros aceleradores de esta clase con un alto nivel de eficiencia.

“Hemos saltado tan solo de 8 gigaelectronvoltios a 10, pero también hemos mejorado significativamente la calidad y la eficiencia energética cambiando la tecnología que utilizamos”, explica Picksley.

Los aceleradores de láser-plasma utilizan plasma, una “sopa gaseosa” de partículas cargadas que incluye electrones. Al dar al plasma una intensa descarga de energía durante unas pocas milésimas de billonésima de segundo, los investigadores pueden crear una potente “ola”. Los electrones cabalgan en la cresta de esta ola de plasma, acumulando energía, como un surfista avanzando veloz sobre una ola en el mar.

Un canal de plasma se forma en una lámina de gas supersónico. (Foto: Alexander Picksley / Anthony Gonsalves / Berkeley Lab)

Picksley y sus colegas exponen los detalles técnicos de su experimento en la revista académica Physical Review Letters, bajo el título “Matched guiding and controlled injection in dark-current-free, 10-GeV-class, channel-guided laser-plasma accelerators”. (Fuente: NCYT de Amazings)