Un equipo de físicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, en Menlo Park, California, ha logrado generar los electrones con la mayor corriente y el mayor pico de potencia jamás producidos. Este avance ha sido documentado en un artículo publicado en la revista Physical Review Letters.
A lo largo de los años, la ciencia ha encontrado diversas aplicaciones para la luz láser de alta potencia, desde la fisión de átomos hasta la simulación de las condiciones en otros planetas. En este nuevo estudio, el equipo ha ampliado las capacidades de los haces de electrones, otorgándoles características similares a las de los láseres de alta energía.
Desarrollo del haz de electrones
La premisa detrás de estos nuevos haces de electrones es sencilla: concentrar la mayor cantidad de carga posible en el menor tiempo. En su experimento, los investigadores generaron 100 kiloamperios de corriente durante un cuatrillón de segundos. El proceso consistió en hacer circular haces de electrones de alta energía por un acelerador, donde son impulsados a altas velocidades mediante potentes imanes, al mismo tiempo que se desplazan en un vacío a través de ondas de radio.
El equipo compara el movimiento de los electrones con el de un coche de carreras en una pista ovalada. A medida que los electrones alcanzan la curva, necesitan desviarse, lo que provoca una desaceleración. Para tomar la curva de manera más eficiente, el “coche” debe seguir un camino más recto de lo habitual. Para simular esto, los investigadores enviaron una cadena de electrones de un milímetro de longitud alrededor de la pista, lo que permitió que los electrones en la parte delantera se movieran por una parte menos pronunciada de la onda de radio, saliendo de la curva con menos energía, un fenómeno conocido como chirp.
Mediante el uso de imanes, los electrones fueron desviados hacia la izquierda, luego hacia la derecha, y nuevamente hacia la izquierda, antes de regresar a su trayectoria original. Este proceso permitió que los electrones de alta energía alcanzaran a los de menor energía, comprimiendo así la cadena de electrones. Posteriormente, se añadió otro imán que facilitó el intercambio de energía por luz, intensificando los chirps generados.
El equipo repitió este proceso varias veces, aumentando la potencia del haz con cada giro, y logrando que el pulso alcanzara una longitud de tan solo 0.3 micrómetros en su punto máximo. La técnica desarrollada podría tener importantes aplicaciones en procesos químicos, en la producción de nuevos tipos de plasma, o incluso en la exploración de la naturaleza del vacío.
Más información: C. Emma et al, Experimental Generation of Extreme Electron Beams for Advanced Accelerator Applications, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.085001. En arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2411.10413
