Acest accelerator de particule miniatural alimentează un laser mic cu o promisiune imensă

Acceleratoarele de particule sunt extrem de importante în studiul materiei din Univers, dar cele la care ne gândim tind să fie instrumente gigantice – orașele înconjurătoare în unele cazuri. Acum oamenii de știință au creat o versiune mult mai mică pentru a alimenta un laser avansat, o configurație care ar putea fi la fel de utilă ca și omologii săi mai mari.

Acceleratorul de particule în cauză este un accelerator de câmp de veghe cu plasmă, care generează explozii scurte și intense de electroni, iar laserul pe care îl alimentează este ceea ce se numește a laser cu electroni liberi (FEL), care își folosește lumina pentru a analiza atomii, moleculele și materia condensată în rezoluții incredibil de mari.

Deși acest scenariu a fost încercat anterior, lumina laser rezultată nu a fost suficient de intensă pentru a fi utilă la o scară mai mică. Aici, cercetătorii au reușit să păstreze instalația închisă în câteva camere de dimensiuni mari, în timp ce amplificau fasciculul final de electroni produs de laser, mărind intensitatea de 100 de ori în ultima etapă a procesului.

„Am demonstrat fezabilitatea noii modalități tehnice cu ajutorul acceleratorului cu electroni laser cu capacitate de accelerație ultra-mare și a redus dimensiunea instalației de la nivelul kilometrului la 12 metri”, spune fizicianul Leng Yuxin, de la Academia Chineză de Științe (CAS).

Echipa a trebuit să depășească diverse provocări pentru a reduce tehnologia, menținând-o practic utilă. Ei au trebuit să reducă variația energiei electronice la doar 0,5%, de exemplu, ceea ce a necesitat o serie de optimizări care au controlat accelerația electronilor și au asigurat o deplasare lină.

READ  Bacteriile de pe Pământ ar putea fi folosite pentru mineritul pe Lună sau pe Marte

Electronii sunt atrași printr-o țeavă de vid și printr-o serie de trei invertoare magnetizate, care își folosesc câmpurile magnetice pentru a scutura electronii și pentru a produce lumină. Lumina emisă respinge electronii, împingându-i în grupuri mai mici, care apoi generează fasciculul laser.

Câmpul electric crescut pe invertoare menținând în același timp stabilitatea este unul dintre motivele pentru care configurarea a putut fi făcută la fel de compactă ca și ea. Aceasta înseamnă că multe dintre avantajele acceleratorilor de particule pot fi aplicate în experimentele efectuate într-o singură cameră.

„Caracteristicile FEL, inclusiv ratele sale de rezoluție foarte ridicate în ceea ce privește timpul și spațiul și luminozitatea de vârf foarte ridicată, permit realizarea imaginilor tridimensionale și multimodale a materialelor cu precizie ultra-înaltă. ” spune fizicianul Wang Wentao, al CAS.

Nu numai că noua configurație este mai mică decât acceleratorul dvs. de particule standard și configurația FEL, este și mult mai accesibilă, ceea ce deschide tot felul de aplicații noi potențiale, chiar dacă dispozitivul nu este la fel de puternic ca și versiunile pe scară largă.

De fapt, pregătirea noului accelerator de particule și a FEL-ului său pentru experimentele practice de laborator va necesita mult mai mult timp și mult mai multe cercetări, dar oamenii de știință au arătat ce este posibil în ceea ce privește reducerea redimensionării întregului sistem.

Și, deși rămân câteva întrebări despre modul în care micul accelerator și laserul se vor potrivi cu rezultatele pe care le obținem deja din versiunile mai mari, alți cunoscători a lăudat rapid noua cercetare pentru ceea ce a putut face. Multe descoperiri noi și interesante ar putea fi pe drum.

READ  Grafenul „mototolit” ingenios ar putea fi cel mai promițător filtru de apă de până acum

„Aplicarea tehnologiei potențiale va extinde foarte mult înțelegerea umană a misterului vieții și a revoluției ființelor vii”, spuse Wentao.

Cercetarea a fost publicată în Natură.

Faci un comentariu sau dai un răspuns?

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *