Uma equipe de pesquisadores do DESY atingiu um marco importante no caminho para o acelerador de partículas do futuro. Pela primeira vez, um chamado acelerador de plasma a laser funcionou por mais de um dia enquanto produzia continuamente feixes de elétrons. A linha de luz LUX, desenvolvido e operado em conjunto pelo DESY e a Universidade de Hamburgo, atingiu um tempo de execução de 30 horas. "Isso nos traz um grande passo mais perto da operação estável desta tecnologia inovadora de acelerador de partículas, "diz Andreas R. Maier do DESY, o líder do grupo. Os cientistas estão relatando em seu registro no jornal Revisão Física X . "Chegou o momento de mover a aceleração de plasma a laser do laboratório para aplicações práticas, "acrescenta o diretor da Divisão de Aceleradores do DESY, Wim Leemans.

Os físicos esperam que a técnica de aceleração de plasma a laser leve a uma nova geração de aceleradores de partículas compactos e poderosos, que oferecem propriedades exclusivas para uma ampla gama de aplicações. Nesta técnica, um laser ou feixe de partícula energética cria uma onda de plasma dentro de um capilar fino. Um plasma é um gás no qual as moléculas de gás foram despojadas de seus elétrons. O LUX usa hidrogênio como gás.

"Os pulsos de laser abrem caminho através do gás na forma de discos estreitos, retirando os elétrons das moléculas de hidrogênio e varrendo-os para o lado como um arado de neve, "explica Maier, que trabalha no Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), uma empresa conjunta entre DESY, a Universidade de Hamburgo e a Sociedade Max Planck. "Elétrons na esteira do pulso são acelerados pela onda de plasma carregada positivamente na frente deles - bem como um wakeboarder cavalga a onda atrás da popa de um barco."

Esse fenômeno permite que os aceleradores de plasma a laser atinjam intensidades de aceleração até mil vezes maiores do que as que poderiam ser fornecidas pelas máquinas mais potentes de hoje. Os aceleradores de plasma permitirão sistemas mais compactos e poderosos para uma ampla gama de aplicações, da pesquisa fundamental à medicina. Uma série de desafios técnicos ainda precisam ser superados antes que esses dispositivos possam ser colocados em uso prático. "Agora que podemos operar nossa linha de luz por longos períodos de tempo, estaremos em uma posição melhor para enfrentar esses desafios, "explica Maier.

Durante a operação ininterrupta de quebra de recorde, os físicos aceleraram mais de 100, 000 pacotes de elétrons, um a cada segundo. Graças a este grande conjunto de dados, as propriedades do acelerador, o laser e os cachos podem ser correlacionados e analisados ​​com muito mais precisão. "Variações indesejadas no feixe de elétrons podem ser rastreadas até pontos específicos do laser, por exemplo, de modo que agora sabemos exatamente onde precisamos começar a fim de produzir um feixe de partículas ainda melhor, "diz Maier." Esta abordagem estabelece as bases para uma estabilização ativa das vigas, como é implantado em todos os aceleradores de alto desempenho do mundo, "explica Leemans.

De acordo com Maier, a chave para o sucesso foi combinar experiência de dois campos diferentes:aceleração de plasma e know-how em operação de acelerador estável. "Ambos estão disponíveis no DESY, que é incomparável no mundo a esse respeito, "Maier enfatiza. Segundo ele, vários fatores contribuíram para a operação estável de longo prazo do acelerador, de tecnologia de vácuo e experiência em laser a um sistema de controle abrangente e sofisticado. "Em princípio, o sistema poderia ter continuado funcionando por ainda mais tempo, mas paramos depois de 30 horas, "relata Maier." Desde então, repetimos essas corridas mais três vezes. "

"Este trabalho demonstra que os aceleradores de plasma a laser podem gerar uma saída reproduzível e controlável. Isso fornece uma base concreta para desenvolver ainda mais essa tecnologia, a fim de construir futuras fontes de luz baseadas em aceleradores no DESY e em outros lugares, "Leemans resume.