Para compreender a natureza fundamental do nosso universo, os cientistas gostariam de construir colisores de partículas que aceleram os elétrons e suas contrapartes de antimatéria (pósitrons) para energias extremas (até tera elétron-volts, ou TeV). Com tecnologia convencional, Contudo, isso requer uma máquina extremamente grande e cara (pense em 20 milhas (32 km) de comprimento). Para diminuir o tamanho e o custo dessas máquinas, a aceleração das partículas - quanta energia elas ganham em uma determinada distância - deve ser aumentada.

É aqui que a física do plasma pode ter um impacto dramático:uma onda de partículas carregadas - uma onda de plasma - pode fornecer essa aceleração por meio de seu campo elétrico. Em um acelerador de plasma a laser, intensos pulsos de laser são usados ​​para criar uma onda de plasma com campos elétricos que podem ser milhares de vezes mais fortes do que os atingíveis em aceleradores convencionais.

Recentemente, a equipe do BELLA Center do Berkeley Lab dobrou o recorde mundial anterior de energia produzida por aceleradores de plasma a laser, gerando feixes de elétrons com energias de até 7,8 bilhões de elétron-volts (GeV) em um plasma de 8 polegadas (20 cm). Isso exigiria cerca de 300 pés (91 m) usando tecnologia convencional.

Os pesquisadores conseguiram essa façanha neutralizando a propagação natural do pulso de laser usando um novo tipo de guia de onda de plasma. Neste guia de ondas, uma descarga elétrica é disparada em um tubo de safira cheio de gás para formar um plasma, e um pulso de laser "aquecedor" perfura parte do plasma no meio, tornando-o menos denso para que focalize a luz do laser (Figura 1). O canal de plasma é forte o suficiente para manter os pulsos de laser focalizados bem confinados ao longo do comprimento do acelerador de 8 polegadas.

"O feixe do aquecedor nos permitiu controlar a propagação do pulso de laser do driver, "disse o Dr. Anthony Gonsalves." Os próximos experimentos terão como objetivo obter controle de precisão sobre a injeção de elétrons na onda de plasma para alcançar uma qualidade de feixe sem precedentes, e acoplar vários estágios para demonstrar o caminho para uma energia ainda mais elevada. "

Obter a próxima geração de colisor elétron-pósitron para energias TeV exigirá a ligação de uma série de aceleradores de plasma a laser, com cada estágio dando às partículas um aumento de energia. A conquista do Berkeley Lab é empolgante porque 7,8 GeV é sobre a energia necessária para que esses estágios sejam eficientes.