Un grupo de investigadores alemanes ha creado un acelerador de partículas doble en miniatura que aseguran permite reciclar parte de la energía láser que alimenta a los sistemas, para poder ser utilizada por segunda vez.
Empecemos por presentar a los autores de este invento: Dongfang Zhang y sus colegas del Centro para la Ciencia del láser de electrones libres (CFEL) en DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron).
Tras un arduo trabajo, este grupo de científico ha conseguido crear un acelerador experimental que utiliza la radiación de terahercios de banda estrecha que se encuentra entre las frecuencias infrarroja y de radio en el espectro electromagnético.
Por qué este acelerador sí funciona
Este pulso multiciclo extiende significativamente la sección de interacción con las partículas. “Alimentamos el pulso de terahercios multiciclo en una guía de onda que está revestida con un material dieléctrico”, dice Zhang en un comunicado.
Dentro de la guía de ondas, la velocidad del pulso se reduce. Se dispara un montón de electrones a la parte central de la guía de ondas justo a tiempo para viajar junto con el pulso. “Este esquema aumenta la región de interacción entre el pulso de terahercios y el grupo de electrones en el rango de centímetros, en comparación con unos pocos milímetros en experimentos anteriores”, informa Zhang.
Energía reciclada para una segunda etapa de aceleración
El dispositivo no produjo una gran aceleración en el laboratorio. Sin embargo, el equipo pudo probar el concepto al mostrar que los electrones ganan energía en la guía de ondas. “Es una prueba de concepto. La energía de los electrones aumentó de 55 a aproximadamente 56.5 kilovoltios de electrones”, dice Zhang. “Se puede lograr una aceleración más fuerte usando un láser más fuerte para generar los pulsos de terahercios”.
La configuración está diseñada principalmente para el régimen no relativista, lo que significa que los electrones tienen velocidades que no están tan cerca de la velocidad de la luz.
Curiosamente, este régimen permite reciclar el pulso de terahercios para una segunda etapa de aceleración. “Una vez que el pulso de terahercios abandona la guía de ondas y entra al vacío, su velocidad se restablece a la velocidad de la luz”, explica Zhang. “Esto significa que el pulso supera al grupo de electrones más lento en un par de centímetros. Colocamos una segunda guía de ondas a la distancia justa en la que los electrones ingresan junto con el pulso de terahercios que de nuevo es ralentizado por la guía de ondas. De esta manera, generamos una segunda sección de interacción, aumentando aún más las energías de los electrones “.
Todavía quedan pruebas por hacer
En el experimento de laboratorio, solo una pequeña fracción del pulso de terahercios podría reciclarse de esta manera. Pero el experimento muestra que el reciclaje es posible en principio, y Zhang confía en que la fracción reciclada se puede aumentar sustancialmente.
Nicholas Mattlis, científico principal y líder del equipo del proyecto en el grupo CFEL, enfatiza: “Nuestro esquema en cascada reducirá en gran medida la demanda del sistema láser requerido para la aceleración de electrones en el régimen no relativista, abriendo nuevas posibilidades para el diseño de aceleradores basados en terahercios“.
Fuente: EuropaPress
