El Gran Colisionador de Hadrones LHC, que ayudó a los científicos a descubrir el bosón de Higgs, es un enorme instrumento enterrado bajo la frontera suizo-francesa. Necesita 27 kilómetros de trayectoria para acelerar partículas cercanas a la velocidad de la luz antes de aplastarlas.Sin embargo, hay otro tipo de acelerador de partículas, llamado acelerador de campo láser de wakefield, que requiere solo una fracción de la distancia de los aceleradores convencionales como el LHC.
Ahora, investigadores de la India y Corea del Sur han propuesto una nueva forma de mejorar la calidad del haz de los aceleradores de wakefield láser, a veces llamados aceleradores de sobremesa porque pueden caber en una mesa de laboratorio estándar. Porque los aceleradores de wakefield láser son una fracción del tamaño y el costode los aceleradores convencionales, podrían llevar experimentos de física de alta energía a más laboratorios y universidades, y producir partículas cargadas para tratamientos médicos. Mejorar la calidad del haz podría mejorar la eficacia de los dispositivos.
Los investigadores describen su método en un artículo en Revista de física aplicada , de AIP Publishing.
Los aceleradores de partículas convencionales utilizan campos eléctricos u ondas de radio para acelerar grupos de partículas cargadas. Los aceleradores de campo de activación láser funcionan con un principio muy diferente.
El láser del acelerador de campo de activación láser envía un pulso a través de un plasma difuso. El plasma es un estado de la materia que contiene iones positivos y electrones libres. El pulso del láser excita ondas en el plasma. Las ondas, a su vez, crean un campo eléctrico, también conocido como wakefield láser, que atrapa electrones y los acelera a niveles de energía del orden de gigaelectronvoltios. En comparación, el LHC, el acelerador de partículas más poderoso del mundo, puede acelerar partículas a niveles de energía de teraelectronvoltios 1000 gigaelectronvoltios.
El equipo de investigación de la India y Corea del Sur identificó una técnica que creen que podría aumentar la cantidad de electrones atrapados como consecuencia del pulso láser y, por lo tanto, mejorar la calidad del haz de los aceleradores de campo de activación láser.
El hallazgo podría mejorar la tecnología para futuros aceleradores, dijo Devki Nandan Gupta, físico de la Universidad de Delhi en India y miembro del equipo.
Además de un campo eléctrico, las interacciones plasma-láser pueden generar un campo magnético. Cuando un pulso láser se propaga a través de un plasma, el campo eléctrico del pulso láser empuja los electrones alrededor. Si hay una corriente neta de electrones dentro del pulso, genera un campo magnético.
Gupta y sus colegas analizaron la dinámica del láser-plasma usando simulaciones por computadora en 2D y encontraron que si la densidad del plasma varía y si el pulso del láser se comprime en la parte frontal de modo que sea asimétrico, ambos factores producen un campo magnético más grande.
"Nuestro estudio podría ser útil para mejorar la calidad del rayo de los aceleradores de campo de wakefield láser", dijo Gupta. "El campo magnético autogenerado dobla la trayectoria de los electrones salientes hacia la estela de plasma, por lo tanto, el número total de partículas de carga atrapadasen la estela de plasma aumenta y, por lo tanto, aumenta la carga total en el grupo acelerado en la aceleración del campo de estela del láser ".
Los aceleradores de plasma requieren aproximadamente 1000 veces menos distancia que los aceleradores de partículas estándar para lograr un nivel de energía de partículas comparable. Sin embargo, la tecnología aún se encuentra en la etapa de desarrollo. Se han construido aceleradores de plasma experimentales en algunos laboratorios y universidades nacionales y la tecnologíasigue mejorando.
Gupta y sus colegas esperan que su trabajo pueda facilitar la próxima generación de aceleradores de plasma. "El siguiente paso sería justificar estos resultados en geometría tridimensional. Por supuesto, podemos pensar en probar estos resultados experimentalmente también en el futuro," él dijo.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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