Aceleração de elétrons por ondas de superfície em plasmas

• Processo: 19/23366-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2020
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2020
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física dos Fluídos, Física de Plasmas e Descargas Elétricas
• Pesquisador responsável: Iberê Luiz Caldas
• Beneficiário: Meirielen Caetano de Sousa
• Supervisor: Caterina Riconda
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Université Paris-Sorbonne (Paris 4), França
• Vinculado à bolsa: 15/05186-0 - Bifurcações e controle de caos na interação onda-partícula, BP.PD
• Assunto(s): Sistemas dinâmicos (física matemática) Aceleração de partículas Laser de alta intensidade Aceleração de elétrons Ondas em plasmas Interações laser-plasma
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Aceleração de partículas | Controle do Caos | Interação Laser-Plasma | Interação onda-partícula | Ondas de superfície em plasmas | Física de Plasmas e Sistemas Dinâmicos

Resumo

Quando um pulso de laser interage de forma ressonante com um plasma superdenso, ondas de superfície (surface plasma waves, SPWs) surgem na interface vácuo-plasma. Elétrons do plasma se movem em direção ao vácuo e são acelerados pelas SPWs. Para lasers de alta intensidade, um grande número de elétrons atingem velocidades relativísticas, e formam um feixe colimado com energias na faixa dos MeV, e carga total de até ~650 pC. Esse mecanismo de aceleração de elétrons por SPWs apresenta muitas similaridades com o mecanismo de wakefield, e tem um grande potencial para uso em novas e importantes aplicações. Mas o desenvolvimento de tais aplicações requer investigações mais aprofundadas sobre a aceleração de elétrons no regime relativístico não-linear, assim como uma teoria mais detalhada do mecanismo de aceleração por SPWs. Neste projeto, irei analisar a dinâmica de elétrons relativísticos acelerados por SPWs. Irei verificar as condições que levam ao comportamento caótico dos elétrons, e investigar se isso está relacionado aos espectros de energia largos, não-monocromáticos, dos feixes de elétrons produzidos pelo mecanismo de SPW. Irei aplicar métodos de controle ao sistema com o objetivo de controlar o caos, melhorar o processo de aceleração, e produzir feixes de elétrons com um espectro de energia estreito e monocromático. Também irei comparar os resultados analíticos obtidos neste projeto com resultados numéricos de simulações PIC (particle-in-cell simulations) bidimensionais gerados com o código aberto SMILEI. Os estudos realizados neste projeto BEPE irão contribuir de forma significativa para o projeto de pós-doutorado e o projeto temático no Brasil (FAPESP 2015/05186-0, 2018/03211-6), nos quais analisamos mecanismos para aceleração de partículas e controle do caos, com aplicações em física de plasmas e outros sistemas não-lineares.