En los últimos años, la aceleración de partículas impulsada por láser ha atraído una gran atención como una alternativa compacta a los aceleradores de radiofrecuencia convencionales que se utilizan en experimentos de física de alta energía e instalaciones médicas. La aceleración impulsada por láser se basa en la interacción de intensos pulsos de láser con plasmas, que son gases ionizados. Cuando un pulso láser de alta potencia interactúa con un plasma, puede generar fuertes campos eléctricos y magnéticos que pueden acelerar electrones e iones a energías muy altas.
Sin embargo, uno de los desafíos de la aceleración impulsada por láser es mantener la calidad de las partículas aceleradas. Cuando se utiliza un solo pulso láser para acelerar partículas, el proceso de aceleración puede ser inestable, lo que provoca variaciones en la energía y las trayectorias de las partículas aceleradas. Esto puede limitar las aplicaciones de la aceleración impulsada por láser en entornos prácticos.
Para superar estos desafíos, investigadores de la Universidad de Osaka, dirigidos por el profesor Yasuhiko Sentoku, han explorado un nuevo enfoque utilizando múltiples haces láser. Al dividir un único pulso láser en múltiples haces y luego recombinarlos de una manera específica, los investigadores pudieron lograr una aceleración más estable y controlada de electrones e iones.
En sus experimentos, los investigadores utilizaron un sistema láser de alta potencia llamado "Instalación Láser de 10 PW" en el Instituto de Ingeniería Láser (ILE) de la Universidad de Osaka. El sistema láser puede emitir pulsos láser ultraintensos con una potencia máxima de 10 petavatios (PW), lo que equivale al consumo total de energía eléctrica de todo Estados Unidos.
Al utilizar múltiples haces láser, los investigadores observaron una mejor aceleración tanto de electrones como de iones en comparación con el caso de un solo pulso láser. Los electrones acelerados alcanzaron energías de varios GeV, mientras que los iones acelerados alcanzaron energías de varios MeV. La calidad de las partículas aceleradas, en términos de dispersión de energía y divergencia angular, fue significativamente mejor utilizando múltiples haces láser.
La mejora en el rendimiento de la aceleración de partículas se atribuyó a una interacción más estable y controlada entre los múltiples haces láser y el plasma. El uso de múltiples haces permitió un mejor control de la intensidad del láser y la distribución de fases, lo que resultó en una aceleración más eficiente y una mejor calidad del haz.
El equipo de investigación cree que el uso de múltiples haces láser puede allanar el camino para el desarrollo de aceleradores de partículas impulsados por láser de próxima generación que sean compactos, eficientes y capaces de producir haces de partículas de alta calidad. Estos aceleradores podrían tener una amplia gama de aplicaciones, incluida la investigación fundamental en física de altas energías, fuentes de radiación compactas para fines médicos e industriales y técnicas avanzadas de obtención de imágenes como la microscopía de rayos X y la tomografía.
