Um laser de elétrons livre de elétrons de elétrons a laser atinge o desempenho recorde, marcando um passo para tornar mais acessíveis as fontes intensas e ultra-rápidas de raios-X.
Por duas décadas, os pesquisadores procuraram tornar os lasers de elétrons livres (FELS) mais baratos e menores, substituindo os aceleradores de radio-frequência convencional por aceleradores de laser-plasma mais eficientes e compactos (LPAs). Sam Barber no Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley (LBNL) na Califórnia e colegas fizeram progressos em direção a esse objetivo, demonstrando um FEL orientado a LPA com desempenho e confiabilidade recorde (1). Esse avanço pode ajudar a tornar as Fels, que são ferramentas inestimáveis para a pesquisa de materiais, mais amplamente disponíveis.
O meio ativo em um FEL é um feixe de elétrons relativísticos que é tamponado por uma sequência de campos magnéticos estáticos em uma série de “Ondulators”. Idealmente, o balanço resultante desencadeia uma interação elétron-radiação que se alimenta de si mesma, produzindo a emissão coerente característica de um laser e auto-amplificador. Enquanto a linha de onduladores de um FEL pode chegar a 100 m, os aceleradores de radiofrequência atualmente usados para aumentar os elétrons às energias necessárias podem ter mais de um quilômetro de comprimento. Os LPAs podem acelerar os elétrons para as mesmas energias em comprimentos de alguns centímetros. Mas os feixes de elétrons gerados pelos LPAs são geralmente menos consistentes de grupo para grupo e têm spreads de energia mais amplos, prejudicando sua capacidade de obter auto-amplificação.
Barbeiro e colegas vêm melhorando constantemente o desempenho de Fels acionadas por LPA há anos. Seu último experimento incorporou vários sistemas de suggestions ativo para ajudar a estabilizar o laser interno do LPA. Como resultado, eles atingiram o estado de auto-amplificação 90% das vezes enquanto disparava o dispositivo uma vez por segundo por uma hora. Eles também alcançaram um ganho de 1000, que representa a proporção da energia de saída coerente e a energia inicial da emissão de síncrotron. Outros grupos obtiveram previamente valores de 10% para a taxa de sucesso e 50 para o ganho. Barber ressalta, no entanto, que o teste LBNL operava a cerca de 420 nm. As atualizações menores reduzirão o comprimento de onda para menos de 100 nm. “É aí que as aplicações científicas se tornam interessantes”, diz ele.
–Marric Stephens
Marric Stephens é um editor correspondente para Revista de Física com sede em Bristol, Reino Unido.
Referências
SK Barber et al.“Ganho superior a 1000 vezes em um laser de elétrons livre acionado por um acelerador de laser-plasma com alta confiabilidade”. Phys. Rev. Lett.135055001 (2025).
S. Okay. Barber, F. Kohrell, C. E. Doss, Okay. Jensen, C. Berger, F. Isono, Z. Eisentraut, S. Schröder, A. J. Gonsalves, Okay. Nakamura, G. R. Plateau, R. A. van Mourik, M. Gracia-Linares, L. Labun, B. M. Hegelich, S. V. Milton, C. G. R. Geddes, J. Osterhoff, C. B. Schroeder, E. H. Esarey e J. Van Tilborg
