O Instituto de Máquinas Ópticas de Xangai realizou pela primeira vez um grande avanço no experimento de aceleração direta de eletrônicos laser turbulentos

Recentemente, o Instituto de Pesquisa de Máquinas de Precisão Óptica de Xangai da Academia de Ciências da China, a equipe de pesquisa do Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Laser, pela primeira vez a nível internacional, verificou experimentalmente a viabilidade da aceleração direta a laser (DLA) usando o laser LaGael-Gauss (LG) da relatividade, produzindo com sucesso feixes de eletrões ultrarápidos estáveis, de baixa emissão e de alta precisão. Esse avanço rompeu o gargalo central da tecnologia de aceleração direta a laser Gaussian tradicional e abriu um novo caminho para o desenvolvimento iterativo de aplicações de ponta, como aceleradores de partículas microscópicas e fontes de radiação de alta energia. O resultado é intitulado “Experimental Demonstration of Directional and Collimated Electron Acceleration with Hollow Laguerre-Gaussian Lasers”, publicado em Physical Review Letters 137, 025001 (2026).

Com a iteração rápida da tecnologia de laser de fessegondo ultra-forte, a intensidade do laser chegou ao nível da relatividade (intensidade > 10x18 W / cm²). Nestas condições físicas extremas, a matéria é totalmente ionizada, formando um plasma composto de elétrons e íons. Entre eles, elétrons de massa extremamente leve podem ser acelerados diretamente por campos elétricos a laser, este processo é conhecido como aceleração a laser direta (DLA), é a base central de aceleradores avançados, fontes de radiação de alta energia, ignição rápida a laser, ciência dos segundos e muitas outras áreas de ponta, seus avanços tecnológicos estão diretamente relacionados ao processo de desenvolvimento de várias disciplinas.

No entanto, há muito tempo, a tecnologia DLA tradicional tem sido presa em um desafio central: a tecnologia depende principalmente da dinâmica física vertical do laser de Gauss, mas a dinâmica física horizontal do laser de Gauss é distribuida em Gauss, inevitavelmente excluindo os elétrons para o lado, dificultando seriamente a aceleração estável dos elétrons, limitando significativamente o ritmo da tecnologia DLA de laboratório para aplicações práticas, tornando-se um problema de "pescoço de bloqueio" que atormenta áreas relacionadas.

Com base em estudos iniciais sobre a geração e a aceleração de acionamento de lasers LG ultrapotentes, a equipe de pesquisa expandiu inovativamente o campo laser estruturado para o campo experimental de aceleração eletrônica. Entre eles, o laser Lager-Gauss (LG), com sua distribuição única de intensidade no vazio e seu momento angular orbital interno (OAM), oferece possibilidades sem precedentes para a manipulação precisa dos eletrônicos, tornando-se a chave para romper os gargalos tecnológicos.

Os resultados experimentais mostraram que o laser LG polarizado em círculo esquerdo possui um campo elétrico longitudinal único no eixo óptico, combinado com o efeito de agrupação de campos laterales, formando uma estrutura estável de aceleração de "bolhas de vácuo" - semelhante à estrutura de bolhas de plasma na aceleração clássica de campos de cauda, proporcionando um ambiente excelente para a aceleração estável e eficiente dos elétrons.

Este resultado não apenas preencheu a lacuna na validação experimental da DLA impulsionada por laser da relatividade LG, mas também rompeu os gargalos de desempenho das tecnologias tradicionais de aceleração a laser, melhorando significativamente a estabilidade e a rectidão do feixe de eletrões e estabelecendo uma base sólida para a iteração atualizada da tecnologia de aceleração a laser. Além disso, o gradiente de aceleração no campo do laser LG é proporcional à intensidade do laser e não tem nada a ver com o ambiente de plasma complexo nas fases posteriores, uma característica que abre um caminho totalmente novo para a fabricação de estruturas de micro-aceleração a escala de mícrons, que promete levar os "micro-aceleradores" do conceito para a realidade. No futuro, com a otimização da tecnologia, essa tecnologia promete ser amplamente usada em várias áreas, como física ultrarápida, ciência de materiais e imagem médica, para promover o desenvolvimento revolucionário de disciplinas relacionadas.

Citação:O Instituto de Máquinas Ópticas de Xangai realizou pela primeira vez um grande avanço no experimento de aceleração direta de eletrônicos laser turbulentosInstituto de Máquinas Ópticas de Precisão de Xangai [citação: 8 de julho de 2026]