Laser-plasma acelera eletrões com precisão inédita, superando tecnologia RF moderna

Os aceleradores de elétrons a plasma a laser deram um passo significativo com a demonstração da compressão ativa de energia em feixes de elétrons, alcançando níveis de dispersão de energia e jitter comparáveis aos aceleradores de radiofrequência (RF) modernos. Essa inovação é crucial, pois os feixes de elétrons relativísticos de alta qualidade são essenciais para diversas aplicações científicas, industriais e médicas.

A compressão ativa foi realizada utilizando um chicane magnético, que estendeu longitudinalmente o feixe de elétrons, imprimindo uma correlação de energia. Em seguida, um cavidade RF ativa removeu essa correlação, resultando em uma redução da dispersão de energia e jitter em mais de uma ordem de magnitude, alcançando níveis abaixo de um milésimo. Essa melhoria abre novas possibilidades para o uso de aceleradores a plasma em aplicações práticas, como injetores para anéis de armazenamento compactos.

Os feixes de elétrons gerados apresentaram uma energia de 257 megaelétron-volts (MeV), com uma carga típica de 41 picocoulombs (pC) e uma dispersão de energia de 1,8%. Após a compressão, a dispersão de energia foi reduzida para 0,097%, e o jitter caiu de 3,5% para 0,048%. Esses resultados demonstram que a nova técnica pode proporcionar feixes de qualidade superior, anteriormente associados apenas a aceleradores RF.

A pesquisa foi realizada no acelerador a plasma LUX, que utiliza um laser de titânio-safira para gerar os feixes. A implementação da compressão ativa de energia representa um avanço significativo na estabilidade e precisão dos aceleradores a plasma, permitindo que essa tecnologia se torne uma alternativa viável aos aceleradores tradicionais, especialmente em aplicações que exigem feixes de alta qualidade e baixa dispersão.