Kompakt gaspedal genererar tiotals miljarder elektronvolt energi genom att låta elektroner surfa i laserns kölvatten

Partikelgaspedaler har stor potential för halvledartillämpningar, medicinsk bildbehandling och terapi samt material, energi och medicinsk forskning. Men traditionella gaspedaler kräver ett stort utrymme för att fungera, är mycket dyra och är endast tillgängliga i ett fåtal nationella laboratorier och universitet. Enligt det senaste numret av tidskriften Matter and Radiation in Extreme Conditions har ett team av forskare inklusive University of Texas i Austin demonstrerat en kompakt gaspedal som är mindre än 20 meter lång, kallad Advanced Laser Tail Field Accelerator, som producerar en elektronstråle med en energi på 10 miljarder elektronvolt.
Det finns för närvarande bara två gaspedaler i USA som kan nå så höga elektronenergier, men båda är 3 kilometer långa. Nu kan forskare uppnå så höga energier i en kammare inom 10 centimeter.
Gaspedaler för laservakefält är baserade på principen att skjuta heliumgas med en extremt kraftfull laser som värmer upp den till ett plasma och skapar vågor som slår ut elektroner ur gasen, vilket skapar en högenergielektronstråle. Konceptet har fått stor publicitet sedan det föreslogs 1979.
Den här gången bygger forskargruppens nyckelframsteg på nanopartiklar. En extra laser träffar en metallplatta inuti gaskammaren, som injicerar en ström av metalliska nanopartiklar som förstärker energin som överförs från vågen till elektronerna.
Lasern, som en båt som skummar ytan på en sjö, lämnar ett kölvatten, och elektronerna rider på denna plasmavåg som en vaken surfare. Forskarna jämför detta med svårigheten för en surfare att ta sig in i en våg okontrollerad, så vanligtvis kommer en motorbåt att dra surfaren in i vågen. I den nya gaspedalen är nanopartiklarna motsvarigheten till en motorbåt, som släpper ut sina elektroner vid rätt punkt och vid rätt tidpunkt, så att de alla kan "surfa" svansvågen.
I sina experiment använde forskarna en av världens mest kraftfulla pulsade lasrar, Texas Tile Laser, som avger en ultrakraftig ljuspuls en gång i timmen, men som bara varar i 150 femtosekunder.
Teamet undersöker för närvarande användningen av sin gaspedal för en mängd olika ändamål, som att testa rymdelektronikens förmåga att motstå strålning, fotografera 3D-interna delar av chipdesigner och till och med utveckla nya cancerterapier och avancerade medicinska avbildningstekniker.
Gaspedalen kan också användas för att driva en röntgen-frielektronlaser, en enhet som kan ta slowmotion-filmer av händelser i atomär eller molekylär skala som interaktioner mellan droger och celler, förändringar inuti ett batteri som orsakar brand Till att börja med, kemiska reaktioner inuti en solpanel, och hur virala proteiner ändrar form när de infekterar en cell.