Uno de los láseres del Laboratorio de Luz Extrema de la Universidad de Nebraska-Lincoln, donde un experimento reciente aceleró los electrones hasta cerca de la velocidad de la luz. Crédito:Universidad de Nebraska-Lincoln
En un experimento reciente en la Universidad de Nebraska – Lincoln, Los electrones de plasma en las trayectorias de intensos pulsos de luz láser se aceleraron casi instantáneamente cerca de la velocidad de la luz.
El profesor de física Donald Umstadter, quien dirigió el experimento de investigación que confirmó la teoría anterior, dijo que la nueva aplicación podría llamarse acertadamente un "cohete óptico" debido a la tremenda cantidad de fuerza que ejerce la luz en el experimento. Los electrones fueron sometidos a una fuerza casi un billón de billones de veces mayor que la que siente un astronauta lanzado al espacio.
"Esta nueva y única aplicación de luz intensa puede mejorar el rendimiento de los aceleradores de electrones compactos, ", dijo." Pero el aspecto científico novedoso y más general de nuestros resultados es que la aplicación de la fuerza de la luz dio como resultado la aceleración directa de la materia ".
El cohete óptico es el último ejemplo de cómo las fuerzas ejercidas por la luz pueden usarse como herramientas, Dijo Umstadter.
La luz de intensidad normal ejerce una fuerza minúscula siempre que se refleja, se dispersa o se absorbe. Una aplicación propuesta de esta fuerza es una "vela ligera" que podría usarse para propulsar naves espaciales. Sin embargo, debido a que la fuerza de la luz es extremadamente pequeña en este caso, tendría que ser ejercido continuamente durante años para que la nave espacial alcanzara alta velocidad.
Grigory Golovin. Crédito:Universidad de Nebraska-Lincoln
Otro tipo de fuerza surge cuando la luz tiene un gradiente de intensidad. Una aplicación de esta fuerza de luz es una "pinza óptica" que se utiliza para manipular objetos microscópicos. Aqui otra vez, la fuerza es extremadamente pequeña.
En el experimento de Nebraska, los pulsos de láser se enfocaron en plasma. Cuando los electrones en el plasma fueron expulsados de las trayectorias de los pulsos de luz por sus fuerzas de gradiente, ondas de plasma fueron impulsadas en las estelas de los pulsos, y a los electrones se les permitió atrapar las ondas de wakefield, que aceleró aún más los electrones a energía ultrarrelativista. La nueva aplicación de luz intensa proporciona un medio para controlar la fase inicial de la aceleración de wakefield y mejorar el rendimiento de una nueva generación de aceleradores de electrones compactos. que se espera que allanen el camino para una gama de aplicaciones que antes eran imprácticas debido al enorme tamaño de los aceleradores convencionales.
En la concepción de este artista del experimento de Nebraska, los orbes blancos representan dos pulsos de láser, con ondas de plasma en sus estelas. Las vacilaciones interfieren entre sí después de que los pulsos láser se cruzan, y los electrones viajan por las ondas del campo de estela hacia una energía más alta. Crédito:Universidad de Nebraska-Lincoln
La investigación experimental fue realizada por estudiantes y científicos de Nebraska, con el investigador asociado principal Grigoroy Golovin como autor principal del artículo que informa el nuevo resultado. La financiación fue proporcionada por la National Science Foundation.
El experimento se basó en modelos numéricos realizados por científicos de la Universidad Jiao Tong de Shanghai en China. Umstadter predijo teóricamente el mecanismo subyacente hace dos décadas. Los resultados se publicaron en septiembre en la revista. Cartas de revisión física .
