Os físicos criaram imagens diretas de um novo campo de despertar de plasma acionado por laser, dando um grande passo em direção a aceleradores de partículas compactos e de ultra-alta energia
Os aceleradores de partículas convencionais usam cavidades de radiofrequência para empurrar partículas para altas energias, mas essas máquinas são vastas e caras. Os aceleradores laser wakefield (LWFAs) oferecem uma abordagem radicalmente diferente. Quando um pulso intenso de laser viaja através de um plasma, ele provoca uma perturbação ondulante chamada campo de despertar. Os elétrons podem ficar presos nesta onda de plasma e navegar ao longo dela, sendo impulsionados a energias muito altas em apenas alguns centímetros.
No entanto, esses elétrons tendem a ultrapassar a onda de plasma que os acelera, uma limitação conhecida como defasagem. Uma maneira proposta de contornar esse problema é o foco voador: um pulso de laser projetado para que seu ponto de maior intensidade se mova ao longo do eixo de propagação a uma velocidade controlável. Ao combinar esta velocidade com a dos elétrons, o campo de despertar do plasma poderia, em princípio, permanecer bloqueado em fase às partículas, permitindo uma aceleração sustentada. Embora o conceito de foco voador tenha sido desenvolvido teoricamente e demonstrado experimentalmente em princípio nos últimos anos, a estrutura detalhada e o comportamento dos campos de esteira resultantes ainda não foram otimizados para aplicações.
Num novo estudo, uma equipa de investigadores do Instituto de Ciência Weizmann investigou estes campos de despertar diretamente, combinando experiências de alta resolução com simulações avançadas. Usando microscopia eletrônica relativística de femtossegundos, a equipe enviou um feixe de elétrons separado através do campo de despertar do foco voador, permitindo-lhes obter imagens de sua estrutura eletromagnética com resolução espacial micrométrica e temporização de femtossegundos.
Os resultados revelam que os wakefields de foco voador são estáveis, mas altamente estruturados, combinando características lineares e não lineares e estendendo-se fora do eixo de maneiras não vistas em wakefields convencionais acionados por laser. O estudo também mostra que factores como a densidade do plasma, a composição e a dinâmica de ionização podem remodelar significativamente a esteira. Estes efeitos devem ser cuidadosamente modelados e controlados para que o esquema cumpra a sua promessa.
Ao abrir uma janela experimental direta para campos de foco voadores, o trabalho fornece a visão essential necessária para transformar uma ideia atraente em uma tecnologia prática.