Para comprender la naturaleza fundamental de nuestro universo, A los científicos les gustaría construir colisionadores de partículas que aceleren los electrones y sus contrapartes de antimateria (positrones) a energías extremas (hasta tera electronvoltios, o TeV). Con tecnología convencional, sin embargo, esto requiere una máquina enormemente grande y cara (piense en 20 millas (32 km) de largo). Para reducir el tamaño y el costo de estas máquinas, la aceleración de las partículas (cuánta energía obtienen en una distancia determinada) debe incrementarse.

Aquí es donde la física del plasma podría tener un impacto dramático:una onda de partículas cargadas, una onda de plasma, puede proporcionar esta aceleración a través de su campo eléctrico. En un acelerador de plasma láser, Se utilizan intensos pulsos de láser para crear una onda de plasma con campos eléctricos que pueden ser miles de veces más fuertes que los que se obtienen con los aceleradores convencionales.

Recientemente, el equipo del Centro BELLA de Berkeley Lab duplicó el récord mundial anterior de energía producida por aceleradores de plasma láser, generando haces de electrones con energías de hasta 7,8 mil millones de electronvoltios (GeV) en un plasma de 8 pulgadas de largo (20 cm). Esto requeriría aproximadamente 300 pies (91 m) utilizando tecnología convencional.

Los investigadores lograron esta hazaña contrarrestando la propagación natural del pulso láser utilizando un nuevo tipo de guía de ondas de plasma. En esta guía de ondas, se activa una descarga eléctrica en un tubo de zafiro lleno de gas para formar un plasma, y un pulso láser "calentador" perfora parte del plasma en el medio, haciéndolo menos denso para que enfoque la luz láser (Figura 1). El canal de plasma es lo suficientemente fuerte como para mantener los pulsos láser enfocados bien confinados en la longitud del acelerador de 8 pulgadas.

"El rayo calefactor nos permitió controlar la propagación del pulso láser del controlador, ", dijo el Dr. Anthony Gonsalves." Los próximos experimentos tendrán como objetivo obtener un control de precisión sobre la inyección de electrones en la onda de plasma para lograr una calidad de haz sin precedentes, y acoplar varias etapas para demostrar el camino hacia una energía aún mayor ".

Hacer que la próxima generación de colisionadores de electrones y positrones a energías de TeV requerirá conectar una serie de aceleradores de plasma láser, con cada etapa dando a las partículas un impulso de energía. El logro de Berkeley Lab es emocionante porque 7.8 GeV se trata de la energía necesaria para que estas etapas sean eficientes.