Компактна педаль газу генерує десятки мільярдів електровольт енергії, дозволяючи електронам плавати в кільватерному руслі лазера

Педалі частинок газу мають великий потенціал для напівпровідникових застосувань, медичної візуалізації та терапії, а також матеріалів, енергетики та медичних досліджень. Але традиційні педалі газу вимагають великого простору для роботи, дуже дорогі та доступні лише в кількох національних лабораторіях та університетах. Відповідно до останнього випуску журналу Matter and Radiation in Extreme Conditions, команда дослідників, у тому числі Техаського університету в Остіні, продемонструвала компактну педаль із частинками газу довжиною менше 20 метрів під назвою Advanced Laser Tail Field Accelerator, яка виробляє електронний промінь з енергією 10 мільярдів електронвольт.
Зараз у США є лише дві педалі газу, які можуть досягати такої високої енергії електронів, але обидві мають 3 кілометри в довжину. Тепер дослідники можуть досягти таких високих енергій у камері в межах 10 сантиметрів.
Газові педалі лазерного кільватерного поля засновані на принципі стрільби газоподібного гелію надзвичайно потужним лазером, який нагріває його в плазму та створює хвилі, які вибивають електрони з газу, створюючи електронний промінь високої енергії. Концепція була широко розголошена з моменту її висунення в 1979 році.
Цього разу ключовий прогрес дослідницької групи спирається на наночастинки. Допоміжний лазер вдаряє по металевій пластині всередині газової камери, яка впорскує потік металевих наночастинок, що посилює енергію, що передається від хвилі до електронів.
Лазер, як човен, що пливе поверхнею озера, залишає слід, і електрони їдуть на цій плазмовій хвилі, як серфер. Дослідники порівнюють це з тим, що серфінгісту важко неконтрольовано потрапити у хвилю, тому зазвичай моторний човен затягне серфера у хвилю. У новій педалі газу наночастинки є еквівалентом моторного човна, вивільняючи свої електрони в потрібну точку та в потрібний час, тож усі вони можуть «плисти» хвостовою хвилею.
У своїх експериментах дослідники використовували один із найпотужніших у світі імпульсних лазерів Texas Tile Laser, який випромінює надпотужний імпульс світла раз на годину, але триває лише 150 фемтосекунд.
Наразі команда вивчає можливість використання педалі газу для різноманітних цілей, таких як перевірка здатності космічної електроніки протистояти випромінюванню, фотографування 3D-внутрішніх елементів дизайну чіпів і навіть розробка нових методів лікування раку та передових методів медичної візуалізації.
Педаль газу також можна використовувати для живлення рентгенівського лазера на вільних електронах, пристрою, який може знімати уповільнені відео подій атомного або молекулярного масштабу, таких як взаємодія ліків і клітин, зміни всередині батареї, які викликають пожежу для початку хімічні реакції всередині сонячної панелі та те, як вірусні білки змінюють форму, коли вони інфікують клітину.