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Por primera vez, un acelerador de plasma láser ha funcionado durante más de un día produciendo continuamente haces de electrones, un hito en el camino hacia el acelerador de partículas del futuro.
La línea de luz LUX, desarrollada y operada conjuntamente por DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) 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, líder del grupo de DESY. Los científicos informan sobre su historial en la revista Physical Review X. "Ha llegado el momento de trasladar la aceleración del plasma láser del laboratorio a las aplicaciones prácticas", añade el director de la División de Aceleradores 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 Centro de Ciencia Láser de Electrones Libres (CFEL ), una empresa conjunta entre DESY, la Universidad de Hamburgo y la Sociedad Max Planck.
"Los electrones que siguen al 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 logren una fuerza de aceleración hasta mil veces mayor que la 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, desde la investigación fundamental hasta 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 de tiempo 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 por segundo. Gracias a este gran conjunto de datos, las propiedades del acelerador, el láser y los haces se pueden correlacionar y analizar con mucha más precisión.
"Las variaciones no deseadas en el haz de electrones se pueden rastrear hasta puntos específicos en el láser, por ejemplo, de modo que ahora sabemos exactamente dónde tenemos que empezar para producir un haz de partículas aún mejor", dice Maier. "Este enfoque sienta las bases para una estabilización activa de los haces, como la que se implementa en todos los aceleradores de alto rendimiento del mundo", explica Leemans.