Er zijn slechts twee versnellers in de Verenigde Staten die deeltjesbundels van 10 miljard elektronenvolt kunnen produceren, en elke versneller is ongeveer 3 kilometer lang. "We kunnen dit energieniveau nu binnen 10 centimeter (4 inch) bereiken", aldus de CEO van TAU Systems.

"Zo'n compacte, geavanceerde versneller vereist ook een enorme laser om te kunnen werken - in dit geval de Texas Petawatt Laser, die is gehuisvest op een 10 meter lang podium in het High Energy Density Science Center van de Universiteit van Texas in Austin", aldus de CEO van TAU Systems.

Als een van de krachtigste lasers ter wereld kan deze ‘gigant’ een superkrachtige laserstraal uitzenden met ongeveer 1000 keer de energie van de geïnstalleerde capaciteit in de Verenigde Staten, maar deze kan slechts één keer per uur worden uitgezonden en kan slechts 150 femtoseconden duren, wat een miljardste is van de bliksemontladingstijd.

Het apparaat van TAU is minder dan 20 meter lang en zendt stralen uit tot 10 GeV. Het maakt gebruik van een verbeterde versie van de Ruofei-versnellingstechnologie die voor het eerst werd beschreven in 1979 en momenteel door veel acceleratorprogramma's wordt gebruikt.

Gewone deeltjesversnellers zijn eigenlijk een reeks ringen die elektronen aantrekken wanneer er een positieve spanning op wordt toegepast. De ringen worden op hun beurt bekrachtigd, waardoor de elektronen met toenemende snelheid door de tunnel worden getrokken, waarbij elke ring zich sluit voordat de elektronen arriveren.

Elektronisch diagnoseapparaat, inclusief een luchtkamer, een dipoolmagneet en twee scintillatieschermen DRZ1 en DRZ2. Het gehele apparaat wordt in een vacuümkamer geplaatst. Laser- en elektronenbundels reizen van rechts naar links.

Laseraangedreven versnellers zetten de lichtpulsen zelf min of meer om in elektromagneten met lichtsnelheid, waardoor deeltjes ze kunnen volgen en buitengewone snelheden en energie verzamelen over extreem korte afstanden.

Het apparaat van TAU maakt gebruik van een kamer gevuld met heliumgas. Wanneer een Petawatt-laser een lichtpuls door deze gassen afvuurt, ioniseert de enorme energie van de puls het gas tot een plasma. Terwijl hij door het plasma reist, laat de puls een zog achter, vergelijkbaar met het zog dat een schip achterlaat als het door water reist, behalve dat het in dit geval een extreem krachtig zog van ladingsfluctuaties creëert.

Als er op precies het juiste moment een elektron wordt geïnjecteerd, trekken en duwen deze gigantische bewegende ladingen achter de lichtpuls aan, waardoor de energie (maar niet de snelheid) van de oorspronkelijke laserpuls wordt afgevoerd en overgedragen aan het versnellende elektron, waardoor deze over een korte afstand wordt opgedreven tot "een groot deel van de lichtsnelheid".

De belangrijkste vooruitgang van TAU in dit apparaat is het gebruik van een hulpablatielaser die nauwkeurig getimede pulstreinen afvuurt op een metalen plaat in een gaskamer, waarbij een stroom metalen nanodeeltjes in de gaskamer wordt geïnjecteerd om de energie van de elektronen te vergroten terwijl ze de laserpulstrein volgen.

De 532 nm-laser gaat door het bovenste venster en wordt gefocust op het oppervlak van de metalen plaat, waardoor nanodeeltjes worden geproduceerd door middel van laserablatie.

"Het is moeilijk om in een grote golf te komen zonder verpletterd te worden, dus worden surfers door jetski's de golf in gesleept", zegt Bjorn "Manuel" Hegelich, universitair hoofddocent natuurkunde aan de Universiteit van Texas in Austin en CEO van TAU Systems. "Het equivalent van een jetski in onze versneller zijn nanodeeltjes die op het juiste moment en op het juiste punt elektronen vrijgeven, zodat ze in de golf zitten." We kunnen meer elektronen in de golf krijgen wanneer en waar we ze willen, in plaats van statistisch verdeeld te zijn tijdens de interactie, en dat is het geheim. "

Heglich en zijn team ontwikkelen hun eigen lasersysteem op desktopformaat, waarvan ze zeggen dat het het hele systeem compacter zal maken en duizenden keren per seconde zal vuren in plaats van één keer per uur.

Wat is het nut van ultrakleine, hoogenergetische deeltjesversnellers? Misschien gebruikt om röntgenvrije elektronenlasers aan te sturen, zou het potentieel slow motion video op atomaire of moleculaire schaal kunnen vastleggen. Het zou ook kunnen worden gebruikt om te testen of elektronische componenten die in de ruimtevaart worden gebruikt straling kunnen weerstaan, driedimensionale beeldvorming kunnen uitvoeren van de interne structuur van halfgeleiderchipontwerpen en mogelijk nieuwe kankerbehandelingen en geavanceerde medische beeldvormingstechnieken kunnen ontwikkelen.

Het onderzoeksartikel van het team werd gepubliceerd in het tijdschrift Matter and Radiation at Extreme.