Sfondo:
Gli acceleratori esistenti (linac, sincrotroni, ciclotroni) applicano potenziali RF generati esternamente per accelerare e raggruppare le particelle cariche. Per raggiungere le energie del TeV, questi acceleratori hanno dimensioni di chilometri o miglia.
I laser ad alta potenza aprono una nuova strada verso acceleratori compatti perché i campi elettromagnetici guidanti sono autogenerati dalla corrente di spostamento nella macchia focale.
Gli schemi di accelerazione guidati dal laser si basano sull'accelerazione delle particelle nei forti campi elettrici quasistatici o nei campi elettromagnetici in rapido movimento generati dall'interazione di impulsi laser ultraintensi con la materia.
I meccanismi di interazione coinvolti includono:
(a) Target Normal Sheath Acceleration (TNSA):in questo schema, un impulso laser ad alta intensità viene focalizzato sul lato anteriore di una lamina sottile. Nel punto focale, gli elettroni vengono espulsi normalmente alla superficie del bersaglio, creando un campo elettrostatico (guaina) che accelera gli ioni dalla parte posteriore del bersaglio.
(b) Laser Wakefield Acceleration (LWFA):qui l'impulso laser si propaga attraverso un canale di plasma o un getto di gas. La forza ponderomotrice dell'impulso laser espelle gli elettroni dal centro della regione di interazione, portando alla formazione di un campo di scia. I campi elettrici nella struttura della scia possono quindi accelerare gli elettroni o i positroni trascinati.
(c) Accelerazione di pressione di radiazione (RPA):nella RPA, un fotone ad alta energia trasferisce la sua quantità di moto a una particella carica. Questo schema può accelerare gli elettroni a energie ultraelevate sfruttando il processo di Breit-Wheeler, in cui un fotone di raggi gamma si converte in una coppia elettrone-positrone in presenza di un forte campo elettromagnetico.
(d) Accelerazione del campo di scia del plasma guidato dal fascio:in questo schema, un fascio di particelle cariche, come un fascio di protoni generato da un acceleratore convenzionale, guida un campo di scia del plasma che può accelerare altre particelle cariche.
L’accelerazione del fascio di particelle mediante laser è un campo di ricerca in rapida crescita, con il potenziale per progressi significativi nella fisica delle particelle, nelle applicazioni mediche e negli ambienti industriali.
