Los aceleradores de partículas son herramientas esenciales en áreas de investigación como la biología, la ciencia de los materiales y la física de partículas. Los investigadores siempre están buscando formas más poderosas de acelerar las partículas para mejorar los equipos existentes y aumentar las capacidades para los experimentos. Una de estas tecnologías poderosas es la aceleración láser dieléctrica DLA. En este enfoque, las partículas se aceleran en el campo óptico cercano que se crea cuando los pulsos de láser ultracortos se enfocan en una estructura nanofotónica. Con este método, los investigadores de la Cátedra de Física del Láser de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg FAU ha logrado guiar electrones a través de un canal de vacío, un componente esencial de los aceleradores de partículas. El diseño básico del canal de nanoestructura fotónica fue desarrollado por el socio de cooperación TU Darmstadt. Ahora han publicado sus hallazgos conjuntos en la revista Naturaleza .
Mantenerse enfocado
Dado que las partículas cargadas tienden a alejarse más unas de otras a medida que se propagan, todas las tecnologías de aceleradores enfrentan el desafío de mantener las partículas dentro de los límites espaciales y temporales requeridos. Como resultado, los aceleradores de partículas pueden tener hasta diez kilómetros de largo yimplican años de preparación y construcción antes de que estén listos para su uso, sin mencionar las grandes inversiones involucradas. La aceleración láser dieléctrica, o DLA, utiliza tecnología láser ultrarrápida y avances en la producción de semiconductores para minimizar potencialmente estos aceleradores a solo unos pocosmilímetros o centímetros de tamaño.
Un enfoque prometedor: los experimentos ya han demostrado que el DLA supera las tecnologías utilizadas actualmente en al menos 35 veces. Esto significa que la longitud de un acelerador potencial podría reducirse en el mismo factor. Hasta ahora, sin embargo, no estaba claro si estas cifraspodría ampliarse para estructuras cada vez más largas.
Un equipo de físicos dirigido por el Prof. Dr. Peter Hommelhoff de la Cátedra de Física Láser en FAU ha dado un gran paso hacia la adaptación de DLA para su uso en aceleradores completamente funcionales. Su trabajo es el primero en establecer un esquema quese puede utilizar para guiar pulsos de electrones a largas distancias.
La tecnología es clave
El esquema, conocido como 'enfoque de fase alterna' APF es un método tomado de los primeros días de la teoría del acelerador. Una ley fundamental de la física significa que enfocar partículas cargadas en las tres dimensiones a la vez: ancho, alto y profundidad- es imposible. Sin embargo, esto se puede evitar enfocando alternativamente los electrones en diferentes dimensiones. En primer lugar, los electrones se enfocan usando un rayo láser modulado, luego se 'derivan' a través de otro pasaje corto donde ninguna fuerza actúa sobre ellos, antesfinalmente se aceleran, lo que les permite ser guiados hacia adelante.
En su experimento, los científicos de FAU y TU Darmstadt incorporaron una columnata de pilares ovalados con brechas cortas a intervalos regulares, lo que resultó en macrocélulas repetidas. Cada macrocélula tiene un efecto de enfoque o desenfoque de las partículas, según el retrasoentre el láser incidente, el electrón y el espacio que crea la sección de deriva. Esta configuración permite un control preciso del espacio de fase del electrón en la ultraescala de tiempo óptico o femto-segundo un femto-segundo corresponde a una millonésima de una milmillonésima de segundo. En el experimento, hacer brillar un láser sobre la estructura muestra un aumento en la corriente del rayo a través de la estructura. Si no se usa un láser, los electrones no son guiados y chocan gradualmente contra las paredes del canal. 'Es muy emocionante,", dice el físico de la FAU Johannes Illmer, coautor de la publicación." A modo de comparación, el gran colisionador de Hadrones del CERN utiliza 23 de estas células en una curva de 2450 metros de largo. Nuestra nanoestructura utiliza cinco cells en sólo 80 micrómetros. '
¿Cuándo podemos esperar ver el primer acelerador DLA?
'Los resultados son extremadamente significativos, pero para nosotros es solo un paso intermedio', explica el Dr. Roy Shiloh, 'y nuestro objetivo final es claro: queremos crear un acelerador completamente funcional, en un microchip.'
El trabajo en esta área está siendo impulsado por la colaboración internacional 'Acelerador en un chip' ACHIP, de la que los autores son miembros. La colaboración ya ha demostrado que, en teoría, el APF se puede ajustar para lograr la aceleración de los haces de electrones.Por lo tanto, las configuraciones complejas de APF tridimensionales podrían formar la base de la tecnología de acelerador de partículas del futuro. "Tenemos que capturar los electrones en las tres dimensiones si queremos ser capaces de acelerarlos en distancias más largas sin pérdidas".explica el Dr. Uwe Niedermayer de TU Darmstadt y coautor de la publicación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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