Antecedentes:
Los aceleradores existentes (linacs, sincrotrones, ciclotrones) aplican potenciales de RF generados externamente para acelerar y agrupar partículas cargadas. Para alcanzar energías TeV, estos aceleradores tienen tamaños de kilómetros o millas.
Los láseres de alta potencia abren un nuevo camino hacia los aceleradores compactos porque los campos electromagnéticos impulsores son autogenerados por la corriente de desplazamiento en el punto focal.
Los esquemas de aceleración impulsados por láser se basan en la aceleración de partículas en fuertes campos eléctricos cuasiestáticos o campos electromagnéticos de rápido movimiento generados por la interacción de pulsos de láser ultraintensos con la materia.
Los mecanismos de interacción involucrados incluyen:
(a) Aceleración objetivo de la vaina normal (TNSA):en este esquema, se enfoca un pulso láser de alta intensidad en la parte frontal de una lámina delgada. En el punto focal, los electrones son expulsados de forma normal a la superficie del objetivo, creando un campo electrostático (funda) que acelera los iones desde la parte trasera del objetivo.
(b) Aceleración láser Wakefield (LWFA):aquí, el pulso láser se propaga a través de un canal de plasma o un chorro de gas. La fuerza ponderomotriz del pulso láser expulsa electrones del centro de la región de interacción, lo que lleva a la formación de un campo de estela. Los campos eléctricos en la estructura de estela pueden acelerar los electrones o positrones que se arrastran.
(c) Aceleración por presión de radiación (RPA):en RPA, un fotón de alta energía transfiere su impulso a una partícula cargada. Este esquema puede acelerar electrones a energías ultraaltas aprovechando el proceso de Breit-Wheeler, en el que un fotón de rayos gamma se convierte en un par electrón-positrón en presencia de un fuerte campo electromagnético.
(d) Aceleración del campo de estela de plasma impulsada por un haz:en este esquema, un haz de partículas cargadas, como un haz de protones generado a partir de un acelerador convencional, impulsa un campo de estela de plasma que puede acelerar otras partículas cargadas.
La aceleración de haces de partículas mediante láser es un campo de investigación en rápido crecimiento, con potencial para avances significativos en la física de partículas, aplicaciones médicas y entornos industriales.
