Наука 28 ноября 2023

Ультракомпактный ускоритель за 10 см разгоняет частицы до энергии 10 ГэВ

Далее

Исследователи продемонстрировали ускоритель частиц, который достигает сверхвысокой энергии на небольшом расстоянии.

Международная группа исследователей объявила о разработке ультракомпактного ускорителя частиц. В установке, помещающейся на комнатном столе длиной 10 м в Техасском университете в Остине, пучок электронов разгоняется до энергии 10 ГэВ. Таких высоких энергий электронов в США достигают только два других ускорителя, но длина каждого из них составляет около 3 км.

Строение усовершенствованного лазерного ускорителя кильватерного поля из Техасского университета. Изображение: University of Texas at Austin

Устройство представляет собой усовершенствованный лазерный ускоритель кильватерного поля. Концепция подобных приборов была впервые описана в 1979 году. Чрезвычайно мощный лазер воздействует на газообразный гелий, нагревает его до состояния плазмы и создает волны, которые выбивают электроны из газа в виде высокоэнергетического электронного луча. 

Внутри газовой камеры чрезвычайно мощный лазер воздействует на газообразный гелий, нагревает его до состояния плазмы и создает волны, которые выбивают электроны из газа в виде высокоэнергетического луча. Наночастицы, генерируемые вторичным лазером, светящим через верхнее окно и ударяющим о металлическую пластину, увеличивают энергию, передаваемую электронам. Изображение: University of Texas at Austin

За последние пару десятилетий различные исследовательские группы разработали более мощные версии. Ключевое изменение в устройстве из Техасского университета в Остине основано на наночастицах. Вспомогательный лазер поражает металлическую пластину внутри газовой ячейки и впрыскивает поток металлических наночастиц, который увеличивают энергию, передаваемую электронам от волн. Лазер подобен гидроциклу, плывущему по озеру и оставляющему за собой след, а электроны катаются на этой плазменной волне, как серферы, поясняют ученые.

В нашем ускорителе эквивалентом гидроцикла являются наночастицы, которые высвобождают электроны в нужный момент и в нужное время, поэтому все они находятся в волне. Мы получаем гораздо больше электронов в волне тогда и там, где мы хотим, чтобы они были, а не статистически распределены по всему взаимодействию, и это наш секретный соус.

Бьорн «Мануэль» Хегелич, доцент кафедры физики Техасского университета в Остине и соавтор исследования

Для эксперимента исследователи использовали один из самых мощных в мире импульсных лазеров, Техасский петаваттный лазер. Он излучает один сверхинтенсивный импульс света каждый час, который длится всего 150 фемтосекунд. Исследователи работают над лазером, который помещается на столе и сможет многократно срабатывать тысячи раз в секунду, что сделает ускоритель еще более компактным и пригодным для использования в многочисленных исследованиях.


Читать далее:

ИИ разработал суперконденсатор, который хранит рекордное количество энергии

Оказалось, дешевый и популярный препарат помогает в лечении рака

Посмотрите на «сердце» Млечного Пути на снимках телескопа «Джеймс Уэбб»

На обложке: фото ускорителя. Изображение: Bjorn “Manuel” Hegelich