Un gruppo di ricerca guidato dall'Università di Osaka ha mostrato come più raggi laser sovrapposti siano migliori nell'accelerare gli elettroni a velocità incredibilmente elevate, rispetto a un singolo laser. Questo metodo può portare a raggi X e generazione di ioni più potenti ed efficienti per l'astrofisica di laboratorio, ricerca sulla terapia del cancro, così come un percorso verso la fusione nucleare controllata.

La fisica ad alta densità di energia è un campo di studio che si occupa di condizioni molto più vicine ai momenti caotici immediatamente successivi al Big Bang rispetto a quelli che si incontrano comunemente sulla Terra. Però, essere in grado di produrre e controllare intensi fasci di luce, o elettroni molto veloci, ha molti vantaggi pratici. Questi includono la capacità di produrre raggi X molto luminosi necessari per visualizzare la deformazione ultraveloce della materia, o condurre esperimenti che imitano le condizioni cosmologiche vicino alla superficie di una stella.

Però, è spesso difficile continuare ad accelerare in modo efficiente i raggi di elettroni con raggi laser intensi a causa delle complesse interazioni tra il laser e gli elettroni. In precedenza, erano necessarie ottiche molto costose o bersagli modellati per trasferire l'energia laser all'energia del raggio di elettroni. In un nuovo studio, i ricercatori dell'Università di Osaka hanno mostrato come dividere il raggio laser in quattro fasci più piccoli coerenti, chiamati fasci, permette di trasferire più energia agli elettroni. Ciò è stato ottenuto creando schemi di interferenza della luce specifici che mantengono gli elettroni in carreggiata.

"Proprio come le increspature sovrapposte in uno stagno possono creare strutture ondulate complesse, possiamo usare quattro fasci laser per controllare con precisione l'ambiente per accelerare al meglio gli elettroni, ", spiega il primo autore Morace. Hanno scoperto che l'irradiazione simultanea di più raggi laser in un singolo punto consente un'accelerazione delle particelle guidata dal laser altamente efficiente. L'uso di schemi di interferenza della luce invece di bersagli fisici consente un migliore controllo e un maggiore trasferimento di energia.

Il team vede questo come solo l'inizio della nuova tecnica. "Questa ricerca mostra come nuovi, possono essere sviluppati sistemi laser ad alte prestazioni che utilizzano l'accoppiamento multi-raggio, ", afferma l'autore senior Kodama. "Ciò significa che il metodo potrebbe presto apparire nei dipartimenti di biologia o nelle centrali elettriche a fusione".