With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹⁸ واط/سم²). في ظل هذه الظروف الفيزيائية القاسية، تتأين المادة تمامًا إلى بلازما، ويمكن تسريع الإلكترونات خفيفة الوزن للغاية بشكل مباشر بواسطة المجال الكهربائي لليزر -، وهي عملية تُعرف باسم تسريع الليزر المباشر (DLA). تمثل هذه العملية الأساس الأساسي للعديد من المجالات الرائدة، بما في ذلك المسرعات المتقدمة ومصادر الإشعاع عالية الطاقة- وعلم الأتوثانية.
ومع ذلك، فقد واجهت تقنية DLA التقليدية منذ فترة طويلة تحديًا أساسيًا: فهي تعتمد في المقام الأول على القوة الدافعة الطولية لليزر الغاوسي في القيادة. ومع ذلك، فإن القوة الدافعة العرضية لليزر الغاوسي تظهر توزيعًا غاوسيًا، مما يدفع حتماً الإلكترونات إلى الخارج. وهذا يعيق بشدة تسارع الإلكترون المستقر وأصبح مشكلة "عنق الزجاجة" في هذا المجال.
للتغلب على هذا التحدي، قام فريق بحث SIOM بشكل مبتكر بتوسيع مجالات الليزر المنظمة إلى تجارب تسريع الإلكترون. لقد استخدموا توزيع الكثافة المجوفة الفريدة والزخم الزاوي المداري الجوهري لأشعة الليزر Laguerre- Gaussian (LG) لمعالجة الإلكترونات بدقة. أظهرت النتائج التجريبية أن أجهزة الليزر LG-المستقطبة بشكل دائري تمتلك مجالًا كهربائيًا طوليًا فريدًا على المحور البصري. بالاشتراك مع تأثير التركيز المستعرض، يشكل هذا بنجاح هيكل تسارع مستقر "فقاعة مفرغة". يشبه هذا الهيكل فقاعات البلازما في تسارع حقل المخر الكلاسيكي، مما يوفر بيئة مثالية لتسريع الإلكترون المستقر وعالي الكفاءة.
لا يسد هذا الإنجاز الفجوة في التحقق التجريبي من DLA النسبي الذي يعتمد على ليزر LG- فحسب، بل يعزز أيضًا بشكل كبير استقرار وموازنة شعاع الإلكترون. علاوة على ذلك، فإن تدرج التسارع في مجال الليزر من LG يتناسب بشكل مباشر مع كثافة الليزر وهو مستقل عن بيئة البلازما المعقدة اللاحقة. تفتح هذه الخاصية الفريدة طريقًا جديدًا تمامًا لإنشاء هياكل تسريع مدمجة بمقياس ميكرومتري-، مما قد يحول مفهوم "المعجلات المدمجة" إلى حقيقة. ومع مزيد من التحسين في المستقبل، من المتوقع أن يتم تطبيق هذه التكنولوجيا على نطاق واسع في الفيزياء فائقة السرعة، وعلوم المواد، والتصوير الطبي، مما يؤدي إلى تحقيق قفزة كبيرة في التطوير عبر تخصصات متعددة.
