Tradizionalmente, gli acceleratori di particelle basati sul laser richiedono laser costosi (nell'ordine di 1-20 milioni di dollari) e sono contenuti in enormi strutture nazionali. Una configurazione così complessa è in grado di accelerare gli elettroni fino a raggiungere energie di megaelettronvolt (MeV). Ma è possibile utilizzare un laser più semplice, che costa solo una piccola frazione dei laser attualmente utilizzati, per progettare schemi comparabili di accelerazione delle particelle?

Con un salto entusiasmante, gli scienziati del Tata Institute of Fundamental Research, Hyderabad (TIFRH) hanno progettato una soluzione elegante per generare con successo MeV (10 ⁶ eV) elettroni di temperatura a una semplice frazione (100 volte più piccola) dell'intensità del laser precedentemente ritenuta necessaria.

I risultati sono pubblicati sulla rivista Communications Physics .

La tecnica implementa due impulsi laser; prima per creare una piccola esplosione controllata in una microgoccia, seguita da un secondo impulso per accelerare gli elettroni alle energie dei megaelettronvolt (MeV). La cosa ancora più entusiasmante è che sono riusciti a raggiungere questo obiettivo con un laser che costa 100 volte meno di quanto precedentemente ritenuto necessario, rendendolo più accessibile e versatile per la ricerca futura. Le implicazioni di questa scoperta possono essere drammatiche a causa della capacità di produrre fasci di elettroni ad alta energia per applicazioni che vanno dai test non distruttivi, all'imaging, alla tomografia e alla microscopia e possono influenzare la scienza dei materiali fino alle scienze biologiche.

L'impianto sviluppato dai ricercatori del TIFRH utilizza un laser di classe millijoule, che spara a una velocità di 1.000 impulsi al secondo con impulsi ultracorti da 25 fs, e viene utilizzato per cesellare dinamicamente microgocce di 15 µm di diametro. Questa modellatura dinamica del bersaglio prevede che due impulsi laser lavorino in tandem. Il primo impulso crea una superficie concava nella goccia di liquido, mentre il secondo impulso guida le onde elettrostatiche del plasma, spingendo gli elettroni alle energie MeV.

Le onde elettrostatiche e le oscillazioni del plasma sono molto simili ai disturbi meccanici creati in uno stagno quando si attraversa una pietra. Qui il laser crea disturbi nel mare di elettroni e genera uno "tsunami di elettroni" che si rompe per cedere elettroni ad alta energia, proprio come lo sciabordio di un'onda sulla costa del mare. Il processo genera non uno ma due fasci di elettroni, ciascuno con componenti di temperatura distinte:200 keV e 1 MeV.

Questa innovazione produce fasci di elettroni diretti oltre i 4 MeV con un laser che si adatta a un tavolo, rendendolo un punto di svolta per gli studi microscopici risolti nel tempo in diversi campi scientifici.