El pedal compacte de gas genera desenes de milers de milions d'electrons volts d'energia deixant que els electrons surtin a l'estela del làser

Els pedals de gas de partícules tenen un gran potencial per a aplicacions de semiconductors, imatges mèdiques i teràpia, i materials, energia i investigació mèdica. Però els pedals de gas tradicionals requereixen un gran espai per funcionar, són molt cars i només estan disponibles en alguns laboratoris i universitats nacionals. Segons l'últim número de la revista Matter and Radiation in Extreme Conditions, un equip d'investigadors que inclou la Universitat de Texas a Austin ha demostrat un pedal de gas de partícules compactes de menys de 20 metres de llarg anomenat Advanced Laser Tail Field Accelerator, que produeix un feix d'electrons amb una energia de 10.000 milions d'electrons volts.
Actualment només hi ha dos pedals de gas als EUA que poden assolir energies d'electrons tan elevades, però tots dos tenen 3 quilòmetres de llarg. Ara, els investigadors poden aconseguir energies tan elevades en una cambra a menys de 10 centímetres.
Els pedals de gas de camp d'estela làser es basen en el principi de disparar gas d'heli amb un làser extremadament potent que l'escalfa en un plasma i crea ones que treuen electrons del gas, creant un feix d'electrons d'alta energia. El concepte ha tingut una gran difusió des que es va proposar l'any 1979.
Aquesta vegada, l'avenç clau de l'equip d'investigació es basa en les nanopartícules. Un làser auxiliar colpeja una placa metàl·lica dins de la cambra de gas, que injecta un corrent de nanopartícules metàl·liques que millora l'energia transferida de l'ona als electrons.
El làser, com un vaixell que s'acosta a la superfície d'un llac, deixa una estela, i els electrons passen per aquesta ona de plasma com un surfista. Els investigadors comparen això amb la dificultat d'un surfista per entrar en una onada sense control, de manera que normalment una barca a motor arrossegarà el surfista a l'onada. En el nou pedal de gas, les nanopartícules són l'equivalent a una barca a motor, alliberant els seus electrons en el punt correcte i en el moment adequat, de manera que tots poden "navegar" l'ona de la cua.
En els seus experiments, els investigadors van utilitzar un dels làsers polsats més potents del món, el Texas Tile Laser, que emet un pols de llum ultrapoderós una vegada per hora, però només dura 150 femtosegons.
Actualment, l'equip està explorant l'ús del seu pedal de gas per a una varietat de propòsits, com ara provar la capacitat de l'electrònica espacial de suportar la radiació, fotografiar les parts internes en 3D dels dissenys de xips i fins i tot desenvolupar noves teràpies contra el càncer i tècniques d'imatge mèdica avançades.
El pedal de gas també es podria utilitzar per alimentar un làser d'electrons lliures de raigs X, un dispositiu que pot gravar pel·lícules a càmera lenta d'esdeveniments a escala atòmica o molecular, com ara interaccions entre fàrmacs i cèl·lules, canvis dins d'una bateria que causen un incendi. per començar, les reaccions químiques dins d'un panell solar i la forma en què les proteïnes virals canvien de forma a mesura que infecten una cèl·lula.