Kompaktna papučica za gas generira desetke milijardi elektron volti energije dopuštajući elektronima da surfaju u tragu lasera

Pedale za čestice plina imaju veliki potencijal za primjene poluvodiča, medicinsko snimanje i terapiju, te istraživanje materijala, energije i medicine. Ali tradicionalne papučice za gas zahtijevaju veliki prostor za rad, vrlo su skupe i dostupne su samo u nekoliko nacionalnih laboratorija i sveučilišta. Prema posljednjem izdanju časopisa Matter and Radiation in Extreme Conditions, tim istraživača uključujući Sveučilište Texas u Austinu demonstrirao je kompaktnu pedalu čestica plina manju od 20 metara nazvanu Advanced Laser Tail Field Accelerator, koja proizvodi elektronski snop s energijom od 10 milijardi elektron volti.
Trenutno postoje samo dvije papučice za gas u SAD-u koje mogu doseći tako visoke energije elektrona, ali obje su duge 3 kilometra. Sada istraživači mogu postići tako visoke energije u komori unutar 10 centimetara.
Laserske papučice za probuđeno polje plina temelje se na principu ispaljivanja plina helija iznimno snažnim laserom koji ga zagrijava u plazmu i stvara valove koji izbacuju elektrone iz plina, stvarajući snop elektrona visoke energije. Koncept je bio naširoko objavljen otkako je predložen 1979.
Ovaj put, ključni napredak istraživačkog tima oslanja se na nanočestice. Pomoćni laser udara u metalnu ploču unutar plinske komore, koja ubrizgava struju metalnih nanočestica koje povećavaju energiju koja se prenosi s vala na elektrone.
Laser, poput čamca koji plovi površinom jezera, ostavlja trag, a elektroni jašu ovaj plazma val poput surfera. Istraživači to uspoređuju s poteškoćama surfera koji nekontrolirano upada u val, tako da će motorni čamac obično povući surfera u val. U novoj papučici za gas, nanočestice su ekvivalent motornom čamcu, otpuštaju svoje elektrone na pravoj točki i u pravo vrijeme, tako da sve mogu "surfati" na repnom valu.
U svojim eksperimentima istraživači su koristili jedan od najsnažnijih pulsirajućih lasera na svijetu, Texas Tile Laser, koji emitira ultra-snažan puls svjetlosti jednom na sat, ali traje samo 150 femtosekundi.
Tim trenutno istražuje korištenje njihove papučice za gas u razne svrhe, kao što je testiranje sposobnosti svemirske elektronike da izdrži zračenje, fotografiranje 3D unutrašnjosti dizajna čipova, pa čak i razvoj novih terapija raka i naprednih tehnika medicinskog snimanja.
Papučica za gas također bi se mogla koristiti za napajanje rendgenskog lasera slobodnih elektrona, uređaja koji može snimati usporene filmove događaja na atomskoj ili molekularnoj razini kao što su interakcije lijeka i stanice, promjene unutar baterije koje uzrokuju požar za početak, kemijske reakcije unutar solarne ploče i način na koji virusni proteini mijenjaju oblik dok inficiraju stanicu.