Om de fundamentele aard van ons universum te begrijpen, wetenschappers willen deeltjesversnellers bouwen die elektronen en hun antimaterie-tegenhangers (positronen) versnellen tot extreme energieën (tot tera elektronvolt, of TeV). Met conventionele technologie, echter, dit vereist een machine die enorm groot en duur is (denk aan 32 km lang). Om de grootte en de kosten van deze machines te verkleinen, de versnelling van de deeltjes - hoeveel energie ze op een bepaalde afstand winnen - moet worden verhoogd.

Dit is waar plasmafysica een dramatische impact zou kunnen hebben:een golf van geladen deeltjes - een plasmagolf - kan deze versnelling leveren via zijn elektrische veld. In een laserplasmaversneller, intense laserpulsen worden gebruikt om een ​​plasmagolf te creëren met elektrische velden die duizenden keren sterker kunnen zijn dan die in conventionele versnellers.

Onlangs, het team van Berkeley Lab's BELLA Center verdubbelde het vorige wereldrecord voor energie geproduceerd door laserplasmaversnellers, het genereren van elektronenstralen met energieën tot 7,8 miljard elektronvolt (GeV) in een 8-inch lang plasma (20 cm). Dit zou ongeveer 300 voet (91 m) vereisen met conventionele technologie.

De onderzoekers bereikten dit door de natuurlijke verspreiding van de laserpuls tegen te gaan met een nieuw type plasmagolfgeleider. In deze golfgeleider een elektrische ontlading wordt geactiveerd in een saffierbuis gevuld met gas om een ​​plasma te vormen, en een "verwarmer"-laserpuls boort een deel van het plasma in het midden uit, waardoor het minder dicht is, zodat het het laserlicht focust (Figuur 1). Het plasmakanaal is sterk genoeg om de gefocusseerde laserpulsen goed beperkt te houden over de 8-inch versnellerlengte.

"De verwarmingsstraal stelde ons in staat om de voortplanting van de laserpuls van de bestuurder te regelen, " zei Dr. Anthony Gonsalves. "De volgende experimenten zullen gericht zijn op het verkrijgen van nauwkeurige controle over de elektroneninjectie in de plasmagolf om een ​​ongekende bundelkwaliteit te bereiken, en om meerdere fasen aan elkaar te koppelen om het pad naar nog hogere energie te demonstreren."

Om de volgende generatie elektron-positron-versnellers op TeV-energieën te krijgen, moet een reeks laserplasmaversnellers worden gekoppeld, waarbij elke fase de deeltjes een energieboost geeft. De prestatie van Berkeley Lab is opwindend omdat 7,8 GeV gaat over de energie die nodig is om deze fasen efficiënt te laten zijn.