Un team di ricercatori di DESY ha raggiunto un'importante pietra miliare sulla strada per l'acceleratore di particelle del futuro. Per la prima volta, un cosiddetto acceleratore laser plasma ha funzionato per più di un giorno producendo continuamente fasci di elettroni. La linea di luce LUX, sviluppato e gestito congiuntamente da DESY e dall'Università di Amburgo, raggiunto un'autonomia di 30 ore. "Questo ci porta un grande passo avanti verso il funzionamento costante di questa innovativa tecnologia di accelerazione di particelle, " dice Andreas R. Maier di DESY, il capogruppo. Gli scienziati stanno riportando il loro record nel diario Revisione fisica X . "I tempi sono maturi per spostare l'accelerazione del plasma laser dal laboratorio alle applicazioni pratiche, " aggiunge il direttore della Divisione Acceleratori di DESY, Wim Leeman.

I fisici sperano che la tecnica dell'accelerazione del plasma laser porterà a una nuova generazione di acceleratori di particelle potenti e compatti che offrono proprietà uniche per un'ampia gamma di applicazioni. In questa tecnica, un raggio laser o di particelle energetiche crea un'onda di plasma all'interno di un capillare sottile. Un plasma è un gas in cui le molecole di gas sono state private dei loro elettroni. LUX utilizza l'idrogeno come gas.

"Gli impulsi laser si fanno strada attraverso il gas sotto forma di dischi stretti, strappando gli elettroni dalle molecole di idrogeno e spazzandoli via come uno spazzaneve, " spiega Maier, che lavora presso il Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), una joint venture tra DESY, l'Università di Amburgo e la Società Max Planck. "Gli elettroni sulla scia dell'impulso sono accelerati dall'onda di plasma carica positivamente di fronte a loro, proprio come un wakeboarder cavalca l'onda dietro la poppa di una barca".

Questo fenomeno consente agli acceleratori laser plasma di raggiungere forze di accelerazione fino a mille volte superiori a quelle che potrebbero essere fornite dalle macchine più potenti di oggi. Gli acceleratori al plasma consentiranno sistemi più compatti e potenti per una vasta gamma di applicazioni, dalla ricerca fondamentale alla medicina. Prima di poter mettere in pratica questi dispositivi, devono ancora essere superate alcune sfide tecniche. "Ora che siamo in grado di far funzionare la nostra linea di luce per lunghi periodi di tempo, saremo in una posizione migliore per affrontare queste sfide, " spiega Maier.

Durante l'operazione ininterrotta da record, i fisici accelerarono più di 100, 000 grappoli di elettroni, uno ogni secondo. Grazie a questo ampio set di dati, le proprietà dell'acceleratore, il laser ei grappoli possono essere correlati e analizzati in modo molto più preciso. "Variazioni indesiderate nel fascio di elettroni possono essere ricondotte a punti specifici del laser, Per esempio, in modo che ora sappiamo esattamente da dove dobbiamo iniziare per produrre un fascio di particelle ancora migliore, " afferma Maier. "Questo approccio pone le basi per una stabilizzazione attiva delle travi, come è distribuito su ogni acceleratore ad alte prestazioni nel mondo, " spiega Leemans.

Secondo Maier, la chiave del successo è stata combinare le competenze di due diversi campi:l'accelerazione del plasma e il know-how nel funzionamento stabile dell'acceleratore." Entrambi sono disponibili presso DESY, che non ha eguali al mondo sotto questo aspetto, " sottolinea Maier. Secondo lui, numerosi fattori hanno contribuito al funzionamento stabile a lungo termine dell'acceleratore, dalla tecnologia del vuoto e dall'esperienza laser a un sistema di controllo completo e sofisticato. "In linea di principio, il sistema avrebbe potuto continuare a funzionare ancora più a lungo, ma l'abbiamo fermato dopo 30 ore, " riferisce Maier. "Da allora, abbiamo ripetuto tali corse altre tre volte."

"Questo lavoro dimostra che gli acceleratori laser plasma possono generare un output riproducibile e controllabile. Ciò fornisce una base concreta per sviluppare ulteriormente questa tecnologia, al fine di costruire future sorgenti luminose basate su acceleratori al DESY e altrove, "Lemans riassume.