Un equipo de investigadores de DESY ha alcanzado un hito importante en el camino hacia el acelerador de partículas del futuro. Por primera vez, un llamado acelerador de plasma láser ha funcionado durante más de un día mientras produce continuamente haces de electrones. La línea de luz LUX, desarrollado y operado conjuntamente por DESY y la Universidad de Hamburgo, logró un tiempo de ejecución de 30 horas. "Esto nos acerca un gran paso al funcionamiento estable de esta innovadora tecnología de acelerador de partículas, "dice Andreas R. Maier de DESY, el líder del grupo. Los científicos informan sobre su registro en la revista. Revisión física X . "Ha llegado el momento de trasladar la aceleración del plasma láser del laboratorio a las aplicaciones prácticas, "agrega el director de la División Aceleradora de DESY, Wim Leemans.

Los físicos esperan que la técnica de aceleración por plasma láser conduzca a una nueva generación de aceleradores de partículas potentes y compactos que ofrezcan propiedades únicas para una amplia gama de aplicaciones. En esta técnica, un rayo láser o de partículas energéticas crea una onda de plasma dentro de un capilar fino. Un plasma es un gas en el que las moléculas de gas han sido despojadas de sus electrones. LUX utiliza hidrógeno como gas.

"Los pulsos de láser se abren paso a través del gas en forma de discos estrechos, quitando los electrones de las moléculas de hidrógeno y barriéndolos a un lado como un quitanieves, "explica Maier, que trabaja en el Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), una empresa conjunta entre DESY, la Universidad de Hamburgo y la Sociedad Max Planck. "Los electrones en la estela del pulso son acelerados por la onda de plasma cargada positivamente frente a ellos, al igual que un wakeboarder cabalga la ola detrás de la popa de un barco".

Este fenómeno permite que los aceleradores de plasma láser alcancen potencias de aceleración hasta mil veces mayores que las que podrían proporcionar las máquinas más potentes de la actualidad. Los aceleradores de plasma permitirán sistemas más compactos y potentes para una amplia gama de aplicaciones, de la investigación fundamental a la medicina. Aún deben superarse una serie de desafíos técnicos antes de que estos dispositivos puedan ponerse en práctica. "Ahora que podemos operar nuestra línea de luz durante períodos prolongados, estaremos en una mejor posición para abordar estos desafíos, "explica Maier.

Durante la operación ininterrumpida que batió récords, los físicos aceleraron más de 100, 000 grupos de electrones, uno cada segundo. Gracias a este gran conjunto de datos, las propiedades del acelerador, el láser y los racimos pueden correlacionarse y analizarse con mucha más precisión. "Las variaciones no deseadas en el haz de electrones se pueden rastrear hasta puntos específicos en el láser, por ejemplo, para que ahora sepamos exactamente dónde debemos comenzar para producir un haz de partículas aún mejor, ", dice Maier." Este enfoque sienta las bases para una estabilización activa de las vigas, como se implementa en todos los aceleradores de alto rendimiento del mundo, "explica Leemans.

Según Maier, la clave del éxito fue combinar la experiencia de dos campos diferentes:la aceleración de plasma y el conocimiento en el funcionamiento estable del acelerador. "Ambos están disponibles en DESY, que no tiene parangón en el mundo a este respecto, "Enfatiza Maier. Según él, Numerosos factores contribuyeron a la operación estable a largo plazo del acelerador, desde tecnología de vacío y experiencia en láser hasta un sistema de control completo y sofisticado. "En principio, el sistema podría haber seguido funcionando durante más tiempo, pero lo detuvimos después de 30 horas, "informa Maier". Desde entonces, hemos repetido este tipo de carreras tres veces más ".

"Este trabajo demuestra que los aceleradores de plasma láser pueden generar una salida reproducible y controlable. Esto proporciona una base concreta para desarrollar aún más esta tecnología, para construir futuras fuentes de luz basadas en aceleradores en DESY y en otros lugares, "Leemans resume.