A proposed new light source based on plasma accelerators could make it possible to develop super-bright sources as powerful as the most advanced free-electron lasers – but much smaller. If demonstrated experimentally, the design put forward by an international consortium of researchers might be harnessed for a variety of applications, including non-destructive imaging and computer-chip manufacturing.
Coherent light sources such as free-electron lasers are routinely employed in academic research, where they are used to study the structure of biomolecules, the dynamics of chemical reactions and other puzzles in physics, chemistry and materials science. The problem is that they are huge: the most powerful, Stanford University’s Linac Coherent Light Source, is three kilometres long and driven by the Stanford Linear Accelerator (SLAC). Scaling them down would bring them within reach of smaller institutions such as universities, hospitals and industrial labs.
A “Mexican wave” for electrons
นักวิจัยนำโดย ฮอร์เก้ วิเอร่า ของ Instituto Superior Técnico (IST) in Portugal, together with John Palastro ของ มหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์, US, think they’ve found a way of doing just that. Their design, which they developed with colleagues at the มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย, Los Angeles และ Laboratoire d’Optique Appliquée in France, calls for a powerful and bright laser source to be created using a collection of many electrons that move together like a single giant particle, or quasiparticle. “To picture what we mean by this, think of Mexican waves, which seem to go around the arena, even though each participating person stays put,” explains Bernardo Malaca, a PhD student at IST and first author of a study on the design published in Photonics ธรรมชาติ. “Such collective charged particle dynamics is at the heart of plasma physics.”
Just as a Mexican wave can, in principle, travel faster than the individual humans in the crowd (provided they all work together), Malaca says the same thing can happen with electrons. In that case, though, the consequences would be much more profound: “Mexican electron waves could travel faster than the speed of light, even though there isn’t a single electron locally that’s faster than light,” he explains.
When that happens, Malaca adds, the collective electron waves would radiate as if they were a single super-luminal electron. “The collective electron radiation can be pictured as if it originated from a single particle, raising the possibility of creating a hitherto unimagined class of temporally coherent sources,” he tells ฟิสิกส์โลก.
A quasiparticle version of the Cherenkov effect
In the new work, the researchers, who were supported by the ข้อตกลงการใช้คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงในยุโรป, used simulations on supercomputers to study the properties of quasiparticles in plasma. These simulations showed that radiation from a quasiparticle is indeed fundamentally indistinguishable from that produced by a single finite-sized particle.
The Portugal-US-France team also describe the physics of a quasiparticle version of the Cherenkov effect. Cherenkov radiation occurs when charged particles propagate through a medium at a speed that is faster than the speed of light in that medium. According to Einstein’s special theory of relativity, this effect cannot take place in vacuum, where the speed of light is fixed at just under 300 000 km/s. This limit does not apply to quasiparticles, however, which can travel at any velocity, including superluminal ones. “The quasiparticles can move in ways that would be disallowed by the laws of physics governing individual particles,” Palastro explains. “It is this absolute freedom to control the quasiparticle trajectory that may hold the key towards a new class of powerful yet compact light sources.”
Viera adds that quasiparticles may constructively combine the radiation from 1010 electrons. This, he notes, is “about the charge of an electron bunch at SLAC”.
One way to make a real-world light source out of quasiparticles would be to send an intense laser pulse or relativistic particle bunch into a plasma or gas where the density rises with distance, he adds. This configuration is known as a density up ramp and is standard in plasma-based accelerators. These, however, usually use a constant density profile. The new set-up would create a superluminal quasiparticle leading to quasiparticle-Cherenkov emission.
“To create an undulating quasiparticle, leading to undulatory radiation, we could send an intense laser pulse or relativistic particle bunch into a plasma or gas where the density varies periodically (sinusoidally) with distance,” explains Viera. “Different configurations are already available to create such profiles in the laboratory (for example, using the interference pattern between two ionising laser pulses, which ionise the plasma only in regions of constructive interference).
“An enormous impact”
If built and demonstrated in the laboratory, compact light sources based on quasiparticles could bring science and applications that are currently only possible in a few places around the world (as at the LCLS), Viera says. “Light sources have an enormous impact on our lives, from science and technology to everyday applications. For example, they play a crucial role in non-destructive imaging (like scanning for viruses or checking product quality), understanding biological processes (like photosynthesis), manufacturing computer chips and exploring the behaviour of matter in planets and stars.”
เครื่องเร่งอนุภาคแบบใหม่ขับเคลื่อนด้วยลำแสงเลเซอร์โค้ง
The researchers are now investigating ways of making quasiparticles radiate at other wavelengths of the electromagnetic spectrum. X-rays, for example, have wavelengths of around 1 nm, and would be particularly useful.
“We are also trying to experimentally demonstrate our concept,” Malaca says. “While being a conceptual innovation for the moment, we believe that the quasiparticle approach is simple enough to be tried out in dozens or even hundreds of labs around the world.”
- เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
- ที่มา: https://physicsworld.com/a/scientists-propose-super-bright-light-source-powered-by-quasiparticles/
- :เป็น
- :ไม่
- :ที่ไหน
- $ ขึ้น
- 000
- 1
- a
- แน่นอน
- นักวิชาการ
- การวิจัยทางวิชาการ
- คันเร่ง
- เร่ง
- ตาม
- เพิ่ม
- สูง
- ทั้งหมด
- แล้ว
- ด้วย
- an
- และ
- ใด
- การใช้งาน
- ใช้
- เข้าใกล้
- เป็น
- สนามกีฬา
- รอบ
- AS
- At
- ผู้เขียน
- ใช้ได้
- ตาม
- BE
- พฤติกรรม
- กำลัง
- เชื่อ
- ระหว่าง
- สดใส
- นำมาซึ่ง
- สร้าง
- พวง
- แต่
- by
- แคลิฟอร์เนีย
- โทร
- CAN
- ไม่ได้
- กรณี
- รับผิดชอบ
- การเรียกเก็บเงิน
- การตรวจสอบ
- สารเคมี
- เคมี
- ชิป
- ชั้น
- สอดคล้องกัน
- เพื่อนร่วมงาน
- ชุด
- โดยรวม
- รวมกัน
- กะทัดรัด
- คอมพิวเตอร์
- การคำนวณ
- แนวคิด
- เกี่ยวกับความคิดเห็น
- องค์ประกอบ
- ผลที่ตามมา
- สมาคม
- คงที่
- ที่สร้างสรรค์
- ควบคุม
- ได้
- สร้าง
- ที่สร้างขึ้น
- การสร้าง
- ฝูงชน
- สำคัญมาก
- ขณะนี้
- สาธิต
- แสดงให้เห็นถึง
- บรรยาย
- ออกแบบ
- พัฒนา
- พัฒนา
- ระยะทาง
- ทำ
- การทำ
- ลง
- หลายสิบ
- ขับเคลื่อน
- พลศาสตร์
- แต่ละ
- ผล
- อิเล็กตรอน
- การส่งออก
- การจ้างงาน
- มหาศาล
- พอ
- ยุโรป
- ในทวีปยุโรป
- แม้
- ทุกวัน
- ตัวอย่าง
- การดำรงอยู่
- อธิบาย
- สำรวจ
- เร็วขึ้น
- สองสาม
- ชื่อจริง
- การแก้ไข
- แฟลช
- สำหรับ
- ข้างหน้า
- พบ
- ฝรั่งเศส
- เสรีภาพ
- ราคาเริ่มต้นที่
- ลึกซึ้ง
- GAS
- ยักษ์
- Go
- การปกครอง
- เกิดขึ้น
- ที่เกิดขึ้น
- ควบคุม
- มี
- he
- หัวใจสำคัญ
- ประสิทธิภาพสูง
- ถือ
- โรงพยาบาล
- อย่างไรก็ตาม
- ที่ http
- HTTPS
- ใหญ่
- มนุษย์
- ร้อย
- if
- ภาพ
- การถ่ายภาพ
- ส่งผลกระทบ
- in
- รวมทั้ง
- จริง
- เป็นรายบุคคล
- อุตสาหกรรม
- ข้อมูล
- นักวิเคราะห์ส่วนบุคคลที่หาโอกาสให้เป็นไปได้มากที่สุด
- สถาบัน
- การรบกวนจากสมาชิกอื่น
- International
- เข้าไป
- งานค้นคว้า
- ปัญหา
- IT
- ร่วมกัน
- jpg
- เพียงแค่
- คีย์
- ที่รู้จักกัน
- ห้องปฏิบัติการ
- ห้องปฏิบัติการ
- เลเซอร์
- เลเซอร์
- กฎหมาย
- ชั้นนำ
- นำ
- เบา
- กดไลก์
- LIMIT
- ชีวิต
- ในท้องถิ่น
- นาน
- ลอส
- ทำ
- การทำ
- การผลิต
- หลาย
- วัสดุ
- เรื่อง
- ความกว้างสูงสุด
- อาจ..
- หมายความ
- กลาง
- อาจ
- ขณะ
- ข้อมูลเพิ่มเติม
- มากที่สุด
- ย้าย
- มาก
- ใหม่
- หมายเหตุ / รายละเอียดเพิ่มเติม
- ตอนนี้
- of
- on
- คน
- เพียง
- or
- ต้นตอ
- อื่นๆ
- ของเรา
- ออก
- ที่เข้าร่วมโครงการ
- โดยเฉพาะ
- แบบแผน
- คน
- phd
- การสังเคราะห์แสง
- ฟิสิกส์
- โลกฟิสิกส์
- ภาพ
- สถานที่
- สถานที่
- ดาวเคราะห์
- พลาสมา
- เพลโต
- เพลโตดาต้าอินเทลลิเจนซ์
- เพลโตดาต้า
- เล่น
- โปรตุเกส
- ความเป็นไปได้
- เป็นไปได้
- ขับเคลื่อน
- ที่มีประสิทธิภาพ
- หลัก
- ปัญหา
- กระบวนการ
- ผลิต
- ผลิตภัณฑ์
- คุณภาพของผลิตภัณฑ์
- โปรไฟล์
- ดูรายละเอียด
- ลึกซึ้ง
- คุณสมบัติ
- เสนอ
- เสนอ
- ให้
- การตีพิมพ์
- ชีพจร
- ใส่
- จิ๊กซอร์
- คุณภาพ
- การยก
- ทางลาด
- มาถึง
- ปฏิกิริยา
- โลกแห่งความจริง
- ภูมิภาค
- ความสัมพันธ์
- การวิจัย
- นักวิจัย
- เพิ่มขึ้น
- บทบาท
- จำเจ
- วิ่ง
- เดียวกัน
- พูดว่า
- ปรับ
- การสแกน
- วิทยาศาสตร์
- วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
- นักวิทยาศาสตร์
- ดูเหมือน
- ส่ง
- แสดงให้เห็นว่า
- ง่าย
- จำลอง
- เดียว
- มีขนาดเล็กกว่า
- แหล่ง
- แหล่งที่มา
- พิเศษ
- สเปกตรัม
- ความเร็ว
- มาตรฐาน
- Stanford
- ดาว
- โครงสร้าง
- นักเรียน
- มีการศึกษา
- ศึกษา
- อย่างเช่น
- เหนือกว่า
- ที่สนับสนุน
- เอา
- ทีม
- เทคโนโลยี
- บอก
- กว่า
- ที่
- พื้นที่
- โลก
- ของพวกเขา
- พวกเขา
- ทฤษฎี
- ที่นั่น
- ล้อยางขัดเหล่านี้ติดตั้งบนแกน XNUMX (มม.) ผลิตภัณฑ์นี้ถูกผลิตในหลายรูปทรง และหลากหลายเบอร์ความแน่นหนาของปริมาณอนุภาคขัดของมัน จะทำให้ท่านได้รับประสิทธิภาพสูงในการขัดและการใช้งานที่ยาวนาน
- พวกเขา
- สิ่ง
- คิด
- นี้
- แต่?
- สาม
- ตลอด
- ภาพขนาดย่อ
- ไปยัง
- ในวันนี้
- ร่วมกัน
- ไปทาง
- เส้นโคจร
- การเดินทาง
- พยายาม
- จริง
- พยายาม
- สอง
- ยูซีแอล
- ภายใต้
- ความเข้าใจ
- เป็นเอกลักษณ์
- มหาวิทยาลัย
- us
- ใช้
- มือสอง
- การใช้
- มักจะ
- สูญญากาศ
- ความหลากหลาย
- ความเร็ว
- รุ่น
- ไวรัส
- คลื่น
- คลื่น
- ทาง..
- วิธี
- we
- คือ
- อะไร
- เมื่อ
- ที่
- WHO
- กับ
- ภายใน
- งาน
- ทำงานด้วยกัน
- โลก
- จะ
- ยัง
- ลมทะเล