El pedal del acelerador compacto genera decenas de miles de millones de electronvoltios de energía al permitir que los electrones naveguen tras la estela del láser

Los pedales de gas de partículas tienen un gran potencial para aplicaciones de semiconductores, imágenes y terapias médicas, e investigación médica, de materiales y de energía. Pero los pedales de acelerador tradicionales requieren un gran espacio para funcionar, son muy caros y sólo están disponibles en unos pocos laboratorios y universidades nacionales. Según el último número de la revista Matter and Radiation in Extreme Conditions, un equipo de investigadores de la Universidad de Texas en Austin ha demostrado un pedal de gas de partículas compacto de menos de 20 metros de longitud llamado Advanced Laser Tail Field Accelerator, que produce una haz de electrones con una energía de 10 mil millones de electronvoltios.
Actualmente sólo hay dos pedales de acelerador en Estados Unidos que pueden alcanzar energías electrónicas tan altas, pero ambos tienen 3 kilómetros de largo. Ahora, los investigadores pueden alcanzar energías tan altas en una cámara de hasta 10 centímetros.
Los pedales de gas de campo de estela láser se basan en el principio de disparar gas helio con un láser extremadamente potente que lo calienta hasta convertirlo en plasma y crea ondas que eliminan electrones del gas, creando un haz de electrones de alta energía. El concepto ha sido ampliamente publicitado desde que fue propuesto en 1979.
Esta vez, el avance clave del equipo de investigación se basa en las nanopartículas. Un láser auxiliar golpea una placa de metal dentro de la cámara de gas, lo que inyecta una corriente de nanopartículas metálicas que mejora la energía transferida de la onda a los electrones.
El láser, como un barco que roza la superficie de un lago, deja una estela y los electrones viajan en esta onda de plasma como un surfista. Los investigadores comparan esto con la dificultad de un surfista para meterse en una ola sin control, por lo que normalmente una lancha a motor arrastrará al surfista hacia la ola. En el nuevo pedal del acelerador, las nanopartículas son el equivalente a una lancha a motor, liberando sus electrones en el punto correcto y en el momento correcto, para que todos puedan "surfear" la onda de cola.
En sus experimentos, los investigadores utilizaron uno de los láseres pulsados ​​más potentes del mundo, el Texas Tile Laser, que emite un pulso de luz ultrapotente una vez por hora, pero que dura sólo 150 femtosegundos.
Actualmente, el equipo está explorando el uso de su acelerador para una variedad de propósitos, como probar la capacidad de la electrónica espacial para resistir la radiación, fotografiar el interior tridimensional de los diseños de chips e incluso desarrollar nuevas terapias contra el cáncer y técnicas avanzadas de imágenes médicas.
El pedal del acelerador también podría usarse para alimentar un láser de rayos X de electrones libres, un dispositivo que puede grabar películas en cámara lenta de eventos a escala atómica o molecular, como interacciones entre fármacos y células, cambios dentro de una batería que causan un incendio. Para empezar, las reacciones químicas dentro de un panel solar y la forma en que las proteínas virales cambian de forma cuando infectan una célula.