With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹⁸ W/cm²). Šādos ekstremālos fizikālos apstākļos viela tiek pilnībā jonizēta plazmā, un īpaši vieglos elektronus var tieši paātrināt lāzera elektriskais lauks -process, kas pazīstams kā tiešais lāzera paātrinājums (DLA). Šis process kalpo par pamatu daudzām pierobežas jomām, tostarp progresīviem paātrinātājiem, augstas-enerģijas starojuma avotiem un attosekundes zinātnei.
Tomēr tradicionālo DLA tehnoloģiju jau sen ir nomocījis galvenais izaicinājums: tā galvenokārt balstās uz Gausa lāzeru garenvirziena ponderomotīves spēku vadīšanai. Tomēr Gausa lāzera šķērsvirziena ponderomotīves spēks uzrāda Gausa sadalījumu, kas neizbēgami izspiež elektronus uz āru. Tas nopietni kavē stabilu elektronu paātrinājumu un ir kļuvis par "šaurās vietas" problēmu šajā jomā.
Lai pārvarētu šo izaicinājumu, SIOM pētnieku komanda inovatīvi paplašināja strukturētos lāzera laukus elektronu paātrinājuma eksperimentos. Viņi izmantoja Lagerre{1}}Gausa (LG) lāzeru unikālo dobo intensitātes sadalījumu un orbitālo leņķisko impulsu, lai precīzi manipulētu ar elektroniem. Eksperimentālie rezultāti liecina, ka kreiso-apļveida polarizēto LG lāzeru optiskajā asī ir unikāls gareniskais elektriskais lauks. Apvienojumā ar šķērsvirziena fokusēšanas efektu tas veiksmīgi veido stabilu "vakuuma burbuļa" paātrinājuma struktūru. Šī struktūra ir līdzīga plazmas burbuļiem klasiskajā veiklauka paātrinājumā, nodrošinot ideālu vidi stabilam un ļoti efektīvam elektronu paātrinājumam.
Šis sasniegums ne tikai aizpilda nepilnības relativistiskā LG lāzera{0}}vadītā DLA eksperimentālajā pārbaudē, bet arī ievērojami uzlabo elektronu stara stabilitāti un kolimāciju. Turklāt paātrinājuma gradients LG lāzera laukā ir tieši proporcionāls lāzera intensitātei un nav atkarīgs no turpmākās sarežģītās plazmas vides. Šī unikālā īpašība paver pilnīgi jaunu ceļu mikrometru-mēroga kompaktu paātrinājuma struktūru izveidei, potenciāli pārvēršot "kompakto paātrinātāju" jēdzienu par realitāti. Nākotnē veicot turpmāku optimizāciju, ir paredzams, ka šī tehnoloģija tiks plaši pielietota īpaši ātrajā fizikā, materiālu zinātnē un medicīniskajā attēlveidošanā, veicinot attīstību vairākās disciplīnās.
