With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹⁸ W/cm²). În astfel de condiții fizice extreme, materia este complet ionizată în plasmă, iar electronii extrem de ușori pot fi accelerați direct de câmpul electric al laserului-un proces cunoscut sub numele de Accelerație Laser Directă (DLA). Acest proces servește drept bază fundamentală pentru multe domenii de frontieră, inclusiv acceleratoare avansate, surse de radiații cu energie înaltă-și știința atosecundei.
Cu toate acestea, tehnologia tradițională DLA a fost mult timp afectată de o provocare de bază: se bazează în primul rând pe forța ponderomotoare longitudinală a laserelor gaussiene pentru conducere. Cu toate acestea, forța ponderomotoare transversală a unui laser gaussian prezintă o distribuție gaussiană, care împinge inevitabil electronii în exterior. Acest lucru împiedică grav accelerația stabilă a electronilor și a devenit o problemă de „gât de sticlă” în domeniu.
Pentru a depăși această provocare, echipa de cercetare SIOM a extins în mod inovator câmpurile laser structurate în experimente de accelerare a electronilor. Ei au folosit distribuția unică a intensității goale și momentul unghiular orbital intrinsec al laserelor Laguerre-Gauss (LG) pentru a manipula cu precizie electronii. Rezultatele experimentale arată că laserele LG cu polarizare circulară-stangă posedă un câmp electric longitudinal unic pe axa optică. Combinat cu efectul de focalizare transversală, acesta formează cu succes o structură stabilă de accelerare „bulă de vid”. Această structură este similară cu bulele de plasmă în accelerația clasică a câmpului de wakefield, oferind un mediu ideal pentru o accelerație stabilă și foarte eficientă a electronilor.
Această realizare nu numai că completează golul în verificarea experimentală a DLA relativist LG-condus cu laser, ci și îmbunătățește semnificativ stabilitatea și colimarea fasciculului de electroni. În plus, gradientul de accelerație în câmpul laser LG este direct proporțional cu intensitatea laserului și este independent de mediul de plasmă complex ulterior. Această caracteristică unică deschide o cale complet nouă pentru crearea structurilor de accelerație compacte la scară micrometrică-, transformând posibil conceptul de „acceleratoare compacte” într-o realitate. Cu o optimizare ulterioară în viitor, se așteaptă că această tehnologie va fi aplicată pe scară largă în fizica ultrarapidă, știința materialelor și imagistica medicală, conducând la dezvoltarea ulterioară în mai multe discipline.
