RW Space

Ускорители частиц чрезвычайно полезны в научных исследованиях, но, как и Большой адронный коллайдер (БАК), обычно занимают много места. Замечательная новая система, разработанная в Техасском университете в Остине, может изменить эту ситуацию.

В ходе экспериментов исследователям удалось использовать свой ускоритель частиц для генерации электронного пучка с энергией 10 миллиардов электронвольт (10 ГэВ). ) в камере размером всего 10 сантиметров (4 дюйма).

Вся длина инструмента составляет 20 метров (66 футов) от конца до конца. Для сравнения, длина других ускорителей частиц, которые могут генерировать пучки с энергией 10 ГэВ, составляет около 3 километров (почти 2 мили) – примерно в 150 раз больше.

Ключом к столь значительному уменьшению размера системы было сочетание высоких -энергетические сверхкороткие лазерные импульсы с газообразным гелием, посыпанным наночастицами алюминия.

Эти частицы увеличивают энергию электронов, оторванных от наночастиц лазером, которые подталкиваются к краям лазера, где они движутся. плазменные волны, индуцированные лазером, как серферы, идущие по следу лодки на озере.

В то время как сила этих волн обычно была бы подавляющей – точно так же, как водные мотоциклы подавляют волны, оставленные лодками – наночастицы обеспечивают большую стабильность и позволяют уменьшить размер системы.

«В нашем ускорителе эквивалент гидроциклов представляет собой наночастицы, которые высвобождают электроны в нужный момент и в нужное время. , поэтому они все сидят в волне, — говорит физик Бьорн Хегелич из Техасского университета в Остине.

— Мы получаем гораздо больше электронов в волне тогда и там, где мы хотим, чтобы они находились. , а не статистически распределено по всему взаимодействию, и это наш секретный соус».

Этот тип ускорителя частиц, использующий лазеры для генерации плазменных волн, называется лазерным ускорителем кильватерного поля. Команда утверждает, что их усовершенствованная версия может быть полезна при изучении полупроводников, тестировании космического оборудования и разработке методов лечения рака.

Все это возможно благодаря тому, как эти инструменты ускоряют электроны (отсюда и название). высокие скорости, генерирующие энергетические волны электромагнитного излучения, такие как рентгеновские лучи, которые можно использовать для визуализации процессов молекулярного масштаба.

Исследователи с нетерпением ждут дальнейшего развития системы, но еще многое предстоит узнать о взаимодействиях между электронами, лазерами и плазма, которую мы до конца не понимаем. Другими словами, впереди нас ждет множество захватывающих научных открытий.

«В настоящее время у нас нет удовлетворительной модели или экспериментального объяснения генерации таких высоких энергий электронов», — пишут исследователи в своей опубликованной статье. .

«В настоящее время исследуются различные теоретические сценарии, и, если они уместны, они станут предметом будущих публикаций».

Исследование опубликовано в журнале Matter and Radiation at Extremes.