Bakgrund:
Befintliga acceleratorer (linacs, synkrotroner, cyklotroner) tillämpar externt genererade RF-potentialer för att accelerera och samla laddade partiklar. För att nå TeV-energier har dessa acceleratorer storlekar på kilometer eller miles.
Högeffektslasrar öppnar en ny väg mot kompakta acceleratorer eftersom de drivande elektromagnetiska fälten är självgenererade av förskjutningsströmmen i brännpunkten.
Laserdrivna accelerationsscheman är baserade på accelerationen av partiklar i de starka kvasistatiska elektriska fälten eller de snabbrörliga elektromagnetiska fälten som genereras av interaktionen av ultraintensiva laserpulser med materia.
De involverade interaktionsmekanismerna inkluderar:
(a) Target Normal Sheath Acceleration (TNSA):i detta schema fokuseras en högintensiv laserpuls på framsidan av en tunn folie. Vid brännpunkten drivs elektroner ut vinkelrätt mot målets yta, vilket skapar ett elektrostatiskt fält (hölje) som accelererar joner från målets baksida.
(b) Laser Wakefield Acceleration (LWFA):här fortplantar laserpulsen genom en plasmakanal eller en gasstråle. Laserpulsens reflekterande kraft driver ut elektroner från mitten av interaktionsområdet, vilket leder till bildandet av ett wakefield. De elektriska fälten i kölvattenstrukturen kan då accelerera släpande elektroner eller positroner.
(c) Strålningstryckacceleration (RPA):i RPA överför en högenergifoton sin rörelsemängd till en laddad partikel. Detta schema kan accelerera elektroner till ultrahöga energier genom att utnyttja Breit-Wheeler-processen, där en gammastrålefoton omvandlas till ett elektron-positronpar i närvaro av ett starkt elektromagnetiskt fält.
(d) Stråldriven plasmavågfältsacceleration:I detta schema driver en laddad partikelstråle, såsom en protonstråle genererad från en konventionell accelerator, ett plasmavakfält som kan accelerera andra laddade partiklar.
Partikelstråleacceleration med laser är ett snabbt växande forskningsfält, med potential för betydande framsteg inom partikelfysik, medicinska tillämpningar och industriella miljöer.
