With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹⁸ W/cm²). Bu tür aşırı fiziksel koşullar altında, madde tamamen plazmaya iyonize olur ve son derece hafif elektronlar, doğrudan lazerin elektrik alanıyla-doğrudan hızlandırılabilir; bu işlem Doğrudan Lazer Hızlandırma (DLA) olarak bilinir. Bu süreç, gelişmiş hızlandırıcılar, yüksek-enerjili radyasyon kaynakları ve attosaniye bilimi de dahil olmak üzere birçok sınır alanın temel temelini oluşturur.
Bununla birlikte, geleneksel DLA teknolojisi uzun süredir temel bir sorunla karşı karşıyadır: sürüş için öncelikle Gauss lazerlerinin uzunlamasına kuvvetlendirici kuvvetine dayanır. Ancak bir Gauss lazerinin enine kuvvetlendirici kuvveti, elektronları kaçınılmaz olarak dışarı doğru iten bir Gauss dağılımı sergiler. Bu, kararlı elektron ivmesini ciddi şekilde engeller ve alanda bir "darboğaz" sorunu haline gelir.
Bu zorluğun üstesinden gelmek için SIOM araştırma ekibi yenilikçi bir şekilde yapılandırılmış lazer alanlarını elektron hızlandırma deneylerine dönüştürdü. Elektronları hassas bir şekilde manipüle etmek için Laguerre-Gaussian (LG) lazerlerinin benzersiz içi boş yoğunluk dağılımını ve içsel yörüngesel açısal momentumunu kullandılar. Deneysel sonuçlar, solak dairesel polarize LG lazerlerin-optik eksende benzersiz bir uzunlamasına elektrik alanına sahip olduğunu göstermektedir. Çapraz odaklama etkisi ile birleştiğinde bu, istikrarlı bir "vakum kabarcığı" hızlanma yapısını başarılı bir şekilde oluşturur. Bu yapı, klasik uyanma alanı ivmesindeki plazma kabarcıklarına benzer ve kararlı ve yüksek verimli elektron ivmesi için ideal bir ortam sağlar.
Bu başarı, yalnızca göreli LG lazer{0}}güdümlü DLA'nın deneysel doğrulamasındaki boşluğu doldurmakla kalmıyor, aynı zamanda elektron ışınının kararlılığını ve kolimasyonunu da önemli ölçüde artırıyor. Ayrıca LG lazer alanındaki hızlanma gradyanı, lazer yoğunluğuyla doğru orantılıdır ve sonraki karmaşık plazma ortamından bağımsızdır. Bu benzersiz özellik, mikrometre-ölçekli kompakt hızlandırma yapıları oluşturmak için tamamen yeni bir yol açarak, potansiyel olarak "kompakt hızlandırıcılar" konseptini gerçeğe dönüştürüyor. Gelecekte daha fazla optimizasyonla, bu teknolojinin ultra hızlı fizik, malzeme bilimi ve tıbbi görüntülemede yaygın olarak uygulanması ve birçok disiplinde sıçramalı gelişmelere yol açması bekleniyor.
