Une équipe de chercheurs de DESY a franchi une étape importante sur la voie de l'accélérateur de particules du futur. Pour la première fois, un accélérateur à plasma laser a fonctionné pendant plus d'une journée tout en produisant en continu des faisceaux d'électrons. La ligne de lumière LUX, développé et exploité conjointement par DESY et l'Université de Hambourg, atteint une autonomie de 30 heures. « Cela nous rapproche beaucoup du fonctionnement régulier de cette technologie innovante d'accélérateur de particules, " dit Andreas R. Maier de DESY, le chef du groupe. Les scientifiques rendent compte de leur dossier dans le journal Examen physique X . "Le moment est venu de déplacer l'accélération plasma laser du laboratoire vers des applications pratiques, " ajoute le directeur de la division Accélérateur de DESY, Wim Leemans.

Les physiciens espèrent que la technique d'accélération du plasma laser conduira à une nouvelle génération d'accélérateurs de particules puissants et compacts offrant des propriétés uniques pour un large éventail d'applications. Dans cette technique, un laser ou un faisceau de particules énergétiques crée une onde de plasma à l'intérieur d'un capillaire fin. Un plasma est un gaz dans lequel les molécules de gaz ont été dépouillées de leurs électrons. LUX utilise de l'hydrogène comme gaz.

"Les impulsions laser se frayent un chemin à travers le gaz sous la forme de disques étroits, enlever les électrons des molécules d'hydrogène et les balayer comme un chasse-neige, " explique Maier, qui travaille au Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), une entreprise commune entre DESY, l'Université de Hambourg et la Société Max Planck. "Les électrons dans le sillage de l'impulsion sont accélérés par l'onde de plasma chargée positivement devant eux, un peu comme un wakeboarder chevauche la vague derrière la poupe d'un bateau."

Ce phénomène permet aux accélérateurs plasma laser d'atteindre des forces d'accélération jusqu'à mille fois supérieures à celles que pourraient fournir les machines les plus puissantes d'aujourd'hui. Les accélérateurs de plasma permettront des systèmes plus compacts et puissants pour un large éventail d'applications, de la recherche fondamentale à la médecine. Un certain nombre de défis techniques doivent encore être surmontés avant que ces dispositifs puissent être mis en pratique. « Maintenant que nous sommes en mesure d'exploiter notre ligne de lumière pendant de longues périodes, nous serons mieux à même de relever ces défis, " explique Maier.

Au cours de l'opération non-stop record, les physiciens ont accéléré plus de 100, 000 paquets d'électrons, un toutes les secondes. Grâce à ce grand ensemble de données, les propriétés de l'accélérateur, le laser et les paquets peuvent être corrélés et analysés beaucoup plus précisément. "Les variations indésirables du faisceau d'électrons peuvent être attribuées à des points spécifiques du laser, par exemple, de sorte que nous savons maintenant exactement où nous devons commencer afin de produire un faisceau de particules encore meilleur, " dit Maier. " Cette approche pose les bases d'une stabilisation active des poutres, tel qu'il est déployé sur tous les accélérateurs de haute performance dans le monde, " explique Leemans.

Selon Maier, la clé du succès a été de combiner l'expertise de deux domaines différents :l'accélération plasma et le savoir-faire en fonctionnement stable des accélérateurs. » Les deux sont disponibles chez DESY, qui est sans précédent dans le monde à cet égard, ", souligne Maier. Selon lui, de nombreux facteurs ont contribué au fonctionnement stable à long terme de l'accélérateur, de la technologie du vide et de l'expertise laser à un système de contrôle complet et sophistiqué. "En principe, le système aurait pu continuer à fonctionner encore plus longtemps, mais nous l'avons arrêté après 30 heures, " rapporte Maier. " Depuis, nous avons répété de telles courses trois fois de plus."

"Ce travail démontre que les accélérateurs plasma laser peuvent générer une sortie reproductible et contrôlable. Cela fournit une base concrète pour développer davantage cette technologie, afin de construire de futures sources lumineuses à base d'accélérateurs à DESY et ailleurs, " résume Leemans.