דוושת גז קומפקטית מייצרת עשרות מיליארדי וולט אלקטרונים של אנרגיה על ידי מתן אפשרות לאלקטרונים לגלוש בעקבות הלייזר

לדוושות גז חלקיקים יש פוטנציאל גדול ליישומי מוליכים למחצה, הדמיה וטיפול רפואי, וחומרים, אנרגיה ומחקר רפואי. אבל דוושות הגז המסורתיות דורשות מרחב גדול לתפעול, הן יקרות מאוד וזמינות רק בכמה מעבדות ואוניברסיטאות לאומיות. לפי הגיליון האחרון של כתב העת Matter and Radiation in Extreme Conditions, צוות חוקרים כולל אוניברסיטת טקסס באוסטין הדגים דוושת גז חלקיקים קומפקטית באורך של פחות מ-20 מטרים הנקראת Advanced Laser Tail Field Accelerator, אשר מייצרת אלומת אלקטרונים עם אנרגיה של 10 מיליארד וולט אלקטרונים.
יש כרגע רק שתי דוושות גז בארה"ב שיכולות להגיע לאנרגיות אלקטרוניות כה גבוהות, אבל שתיהן באורך 3 קילומטרים. כעת, חוקרים יכולים להשיג אנרגיות כה גבוהות בתא בטווח של 10 סנטימטרים.
דוושות גז שדה ערות בלייזר מבוססות על העיקרון של ירי גז הליום בלייזר חזק במיוחד המחמם אותו לפלזמה ויוצר גלים המפילים אלקטרונים מהגז, ויוצרים אלומת אלקטרונים עתירת אנרגיה. הרעיון זכה לפרסום נרחב מאז הוצע ב-1979.
הפעם, ההתקדמות העיקרית של צוות המחקר מסתמכת על ננו-חלקיקים. לייזר עזר פוגע בלוח מתכת בתוך תא הגזים, שמחדיר זרם של ננו-חלקיקים מתכתיים המשפר את האנרגיה המועברת מהגל אל האלקטרונים.
הלייזר, כמו סירה החופרת על פני אגם, משאיר ערות, והאלקטרונים רוכבים על גל הפלזמה הזה כמו גולש ער. החוקרים משווים זאת לקושי של גולש להיכנס לגל ללא שליטה, כך שבדרך כלל סירת מנוע תגרור את הגולש לתוך הגל. בדוושת הגז החדשה, הננו-חלקיקים הם מקבילים לסירת מנוע, המשחררים את האלקטרונים שלהם בנקודה הנכונה ובזמן הנכון, כך שכולם יכולים "לגלוש" בגל הזנב.
בניסויים שלהם השתמשו החוקרים באחד הלייזרים הפולסים החזקים בעולם, ה-Texas Tile Laser, שפולט פולס עוצמתי במיוחד של אור פעם בשעה, אך נמשך רק 150 פמט-שניות.
הצוות בוחן כעת את השימוש בדוושת הגז שלהם למגוון מטרות, כמו בדיקת יכולת האלקטרוניקה בחלל לעמוד בקרינה, צילום החלקים הפנימיים בתלת מימד של עיצובי שבבים, ואפילו פיתוח טיפולים חדשים בסרטן וטכניקות הדמיה רפואיות מתקדמות.
דוושת הגז יכולה לשמש גם להנעת לייזר רנטגן אלקטרון חופשי, מכשיר שיכול לצלם סרטים בהילוך איטי של אירועים בקנה מידה אטומי או מולקולרי כמו אינטראקציות בין תאי סמים, שינויים בתוך סוללה הגורמים לשריפה להתחיל, תגובות כימיות בתוך פאנל סולארי, והאופן שבו חלבונים ויראליים משנים צורה כשהם מדביקים תא.