With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹⁸ W/cm²). En condicions físiques tan extremes, la matèria s'ionitza completament en plasma i els electrons extremadament lleugers es poden accelerar directament pel camp elèctric del làser-un procés conegut com a acceleració làser directa (DLA). Aquest procés serveix de base fonamental per a molts camps fronterers, inclosos els acceleradors avançats, les fonts de radiació d'alta-energia i la ciència de l'atosegon.
No obstant això, la tecnologia DLA tradicional ha estat afectada durant molt de temps per un repte bàsic: es basa principalment en la força ponderomotriu longitudinal dels làsers gaussians per a la conducció. No obstant això, la força ponderomotriu transversal d'un làser gaussià presenta una distribució gaussiana, que inevitablement empeny els electrons cap a fora. Això dificulta greument l'acceleració d'electrons estable i s'ha convertit en un problema de "coll d'ampolla" en el camp.
Per superar aquest repte, l'equip d'investigació SIOM va expandir de manera innovadora els camps làser estructurats en experiments d'acceleració d'electrons. Van utilitzar la distribució d'intensitat buida única i el moment angular orbital intrínsec dels làsers de Laguerre-Gauss (LG) per manipular electrons amb precisió. Els resultats experimentals mostren que els làsers LG polaritzats circularment-esquerres tenen un camp elèctric longitudinal únic a l'eix òptic. Combinat amb l'efecte d'enfocament transversal, això forma amb èxit una estructura d'acceleració estable de "bombolla de buit". Aquesta estructura és similar a les bombolles de plasma en l'acceleració clàssica del camp d'estela, proporcionant un entorn ideal per a una acceleració d'electrons estable i altament eficient.
Aquest assoliment no només omple el buit en la verificació experimental del DLA relativista LG -conduït per làser, sinó que també millora significativament l'estabilitat i la col·limació del feix d'electrons. A més, el gradient d'acceleració al camp làser LG és directament proporcional a la intensitat del làser i és independent de l'entorn de plasma complex posterior. Aquesta característica única obre un camí completament nou per crear estructures d'acceleració compactes a escala micromètrica-, que pot convertir el concepte d'"acceleradors compactes" en una realitat. Amb una optimització addicional en el futur, s'espera que aquesta tecnologia s'apliqui àmpliament en la física ultraràpida, la ciència dels materials i la imatge mèdica, impulsant el desenvolupament de grana de salt en múltiples disciplines.
