Kompakt gaspedal genererer snesevis af milliarder af elektronvolt energi ved at lade elektroner surfe i laserens kølvand

Partikelgaspedaler har et stort potentiale til halvlederapplikationer, medicinsk billeddannelse og terapi samt materialer, energi og medicinsk forskning. Men traditionelle gaspedaler kræver stor plads at betjene, er meget dyre og fås kun i nogle få nationale laboratorier og universiteter. Ifølge det seneste nummer af tidsskriftet Matter and Radiation in Extreme Conditions har et team af forskere, herunder University of Texas i Austin, demonstreret en kompakt partikelgaspedal på mindre end 20 meter, kaldet Advanced Laser Tail Field Accelerator, som producerer en elektronstråle med en energi på 10 milliarder elektronvolt.
Der er i øjeblikket kun to gaspedaler i USA, der kan nå så høje elektronenergier, men begge er 3 kilometer lange. Nu kan forskere opnå så høje energier i et kammer inden for 10 centimeter.
Laser wake field gaspedaler er baseret på princippet om at skyde heliumgas med en ekstremt kraftig laser, der opvarmer den til et plasma og skaber bølger, der slår elektroner ud af gassen, hvilket skaber en højenergi-elektronstråle. Konceptet har været bredt udbredt siden det blev foreslået i 1979.
Denne gang er forskerholdets vigtigste fremskridt afhængig af nanopartikler. En hjælpelaser rammer en metalplade inde i gaskammeret, som injicerer en strøm af metalliske nanopartikler, der forstærker energien, der overføres fra bølgen til elektronerne.
Laseren efterlader, som en båd, der skimmer overfladen af ​​en sø, et kølvand, og elektronerne rider på denne plasmabølge som en vågen surfer. Forskerne sammenligner dette med, at en surfer kan komme ukontrolleret ind i en bølge, så typisk vil en motorbåd trække surferen ind i bølgen. I den nye gaspedal svarer nanopartiklerne til en motorbåd, der frigiver deres elektroner på det rigtige tidspunkt og på det rigtige tidspunkt, så de alle kan "surfe" halebølgen.
I deres eksperimenter brugte forskerne en af ​​verdens kraftigste pulserende lasere, Texas Tile Laser, som udsender en ultrastærk lyspuls én gang i timen, men varer kun 150 femtosekunder.
Holdet undersøger i øjeblikket brugen af ​​deres gaspedal til en række forskellige formål, såsom at teste rumelektronikkens evne til at modstå stråling, fotografere 3D-internerne i chipdesign og endda udvikle nye kræftterapier og avancerede medicinske billedbehandlingsteknikker.
Gaspedalen kan også bruges til at drive en røntgen-fri-elektronlaser, en enhed, der kan tage slowmotion-film af hændelser i atom- eller molekylskala, såsom interaktioner mellem lægemidler og celler, ændringer inde i et batteri, der forårsager brand at starte, kemiske reaktioner inde i et solpanel, og den måde, hvorpå virale proteiner ændrer form, når de inficerer en celle.