Une pédale d'accélérateur compacte génère des dizaines de milliards d'électrons-volts d'énergie en laissant les électrons surfer dans le sillage du laser

Les pédales d'accélérateur à particules présentent un grand potentiel pour les applications des semi-conducteurs, l'imagerie et la thérapie médicales, ainsi que la recherche sur les matériaux, l'énergie et la médecine. Mais les pédales d'accélérateur traditionnelles nécessitent un grand espace pour fonctionner, sont très coûteuses et ne sont disponibles que dans quelques laboratoires et universités nationaux. Selon le dernier numéro de la revue Matter and Radiation in Extreme Conditions, une équipe de chercheurs, dont l'Université du Texas à Austin, a démontré une pédale d'accélérateur à particules compacte de moins de 20 mètres de longueur appelée Advanced Laser Tail Field Accelerator, qui produit un faisceau d'électrons d'une énergie de 10 milliards d'électrons-volts.
Il n’existe actuellement aux États-Unis que deux pédales d’accélérateur capables d’atteindre des énergies électroniques aussi élevées, mais toutes deux mesurent 3 kilomètres de long. Désormais, les chercheurs peuvent atteindre des énergies aussi élevées dans une chambre à moins de 10 centimètres.
Les pédales d'accélérateur à champ de sillage laser sont basées sur le principe du tir d'hélium gazeux avec un laser extrêmement puissant qui le chauffe dans un plasma et crée des ondes qui font sortir les électrons du gaz, créant ainsi un faisceau d'électrons à haute énergie. Le concept a été largement diffusé depuis sa proposition en 1979.
Cette fois, la principale avancée de l’équipe de recherche repose sur les nanoparticules. Un laser auxiliaire frappe une plaque métallique à l’intérieur de la chambre à gaz, qui injecte un flux de nanoparticules métalliques qui améliore l’énergie transférée de l’onde aux électrons.
Le laser, comme un bateau effleurant la surface d'un lac, laisse un sillage, et les électrons chevauchent cette onde de plasma comme un surfeur de sillage. Les chercheurs comparent cela à la difficulté pour un surfeur d’entrer dans une vague de manière incontrôlée : un bateau à moteur entraîne généralement le surfeur dans la vague. Dans la nouvelle pédale d'accélérateur, les nanoparticules sont l'équivalent d'un bateau à moteur, libérant leurs électrons au bon endroit et au bon moment, afin qu'elles puissent toutes « surfer » sur la vague arrière.
Dans leurs expériences, les chercheurs ont utilisé l'un des lasers pulsés les plus puissants au monde, le Texas Tile Laser, qui émet une impulsion de lumière ultra-puissante une fois par heure, mais ne dure que 150 femtosecondes.
L’équipe explore actuellement l’utilisation de leur pédale d’accélérateur à diverses fins, telles que tester la capacité de l’électronique spatiale à résister aux rayonnements, photographier les composants internes en 3D des conceptions de puces et même développer de nouvelles thérapies contre le cancer et des techniques avancées d’imagerie médicale.
La pédale d'accélérateur pourrait également être utilisée pour alimenter un laser à électrons libres à rayons X, un appareil capable de filmer au ralenti des événements à l'échelle atomique ou moléculaire tels que les interactions médicament-cellule, les changements à l'intérieur d'une batterie qui provoquent un incendie. pour commencer, les réactions chimiques à l’intérieur d’un panneau solaire et la façon dont les protéines virales changent de forme lorsqu’elles infectent une cellule.