Este acelerador de partículas en miniatura alimenta un pequeño láser con una gran promesa

Los aceleradores de partículas son extremadamente importantes en el estudio de la materia en el Universo, pero lo que pensamos tienden a ser instrumentos gigantes, que en algunos casos rodean ciudades. Los científicos ahora han creado una versión mucho más pequeña para alimentar un láser avanzado, una configuración que podría ser tan útil como sus contrapartes más grandes.

El acelerador de partículas en cuestión es un acelerador de wakefield de plasma, que genera ráfagas cortas e intensas de electrones, y el láser que está alimentando es lo que se conoce como un láser de electrones libres (FEL), que utiliza su luz para analizar átomos, moléculas y materia condensada a resoluciones increíblemente altas.

Si bien este escenario se ha probado antes, la luz láser resultante no fue lo suficientemente intensa como para ser útil en escalas más pequeñas. Aquí, los investigadores pudieron mantener la configuración encerrada en unas pocas habitaciones de tamaño normal mientras amplificaban el haz de electrones final producido por el láser, aumentando la intensidad 100 veces en el último paso del proceso.

«Demostramos la viabilidad de la nueva ruta técnica con el acelerador de electrones láser con capacidad de aceleración ultra alta y redujimos el tamaño de la instalación de un kilómetro a 12 metros». dice el físico Leng Yuxin, de la Academia China de Ciencias (CAS).

Hubo varios desafíos para el equipo a la hora de reducir la tecnología y, al mismo tiempo, mantenerla prácticamente útil. Tuvieron que reducir el cambio en la energía de los electrones a solo un 0,5 por ciento, por ejemplo, lo que requirió una serie de optimizaciones que controlaban la aceleración de los electrones y aseguraban un viaje suave.

Los electrones se disparan a un tubo de vacío y a través de una serie de tres onduladores magnetizados, que utilizan sus campos magnéticos para sacudir los electrones y producir luz. La luz emitida empuja los electrones hacia atrás, empujándolos en grupos más pequeños que luego generan el rayo láser.

El aumento del campo eléctrico a través de los onduladores mientras se mantiene la estabilidad es una de las razones por las que el implante podría compactarse tal como estaba. Significa que muchas de las ventajas de los aceleradores de partículas se pueden aplicar en experimentos realizados dentro de una sola habitación.

«Las características de FEL, incluidas sus velocidades de resolución ultra alta en cuanto al tiempo y el espacio y un brillo máximo superfuerte, permiten crear imágenes tridimensionales y multimodales de materiales con una precisión muy alta», dice el físico Wang Wentao, del CAS.

La nueva configuración no solo es más pequeña que su acelerador de partículas estándar y la configuración FEL, sino que también es mucho más asequible, lo que abre todo tipo de nuevas aplicaciones potenciales, incluso si el dispositivo no es tan potente como las versiones de tamaño completo. .

En realidad, preparar el nuevo acelerador de partículas y su FEL para experimentos prácticos de laboratorio llevará mucho más tiempo y mucha más investigación, pero los científicos han demostrado lo que es posible en términos de escalar todo el sistema.

Y aunque quedan algunas preguntas sobre qué tan bien el acelerador pequeño y el láser coincidirán con los resultados que ya estamos obteniendo de las versiones más grandes, otros expertos se apresuraron a elogiar la nueva investigación por lo que logró hacer. Puede haber muchos descubrimientos nuevos y emocionantes en camino.

«Es probable que la aplicación de la tecnología potencial amplíe enormemente la comprensión humana del misterio de la vida y la revolución de los seres vivos». dice Wentao.

La investigación fue publicada en Naturaleza.