Yeni parçacık hızlandırıcı kavisli lazer ışınlarıyla çalıştırılıyor – Fizik Dünyası

Yeni parçacık hızlandırıcı kavisli lazer ışınlarıyla çalıştırılıyor – Fizik Dünyası

Zaman Damgası: 18 Temmuz 2023 12:05

ışık flaşı
Parlak fikir: Çin'deki araştırmacılar, ışık atımlarını kullanarak elektronları hızlandırmanın yeni bir yolunu buldular. (Nezaket: iStock/7io)

Elektronları hızlandırırken lazer ışınlarını kavisli kanallar boyunca yönlendiren bir lazer uyandırma alanı hızlandırıcısı (LWFA) tarafından yaratılmıştır. Jie Zhang ve Çin'deki Shanghai Jiao Tong Üniversitesi'ndeki meslektaşları. Yeni teknik, geleneksel parçacık hızlandırıcılara kompakt, ucuz alternatiflerin geliştirilmesine yönelik önemli bir adım olabilir.

Bir LWFA'da, yoğun bir lazer darbesinin bir gaza odaklanmasıyla yoğun bir plazma oluşturulur. Darbe, gaz içinde hareket ederken, hareket eden bir teknenin dümen suyunda oluşan bir su dalgasına benzeyen, değişen elektrik alanlarından oluşan bir “uyanıklık alanı” oluşturur.

Bu dalgalara binerek, plazma içindeki elektronlar çok kısa mesafelerde çok yüksek enerjilere hızlandırılabilir. Sonuç olarak, bu teknik, geleneksel sistemlerden çok daha küçük olan hızlandırıcılar geliştirmek için büyük umut vaat ediyor. Bu tür kompakt cihazlar, tıp ve araştırma uygulamaları için çok faydalı olacaktır.

Reenjeksiyon sorunları

Elektronların göreli hızlara ulaşması için, elektronların bir LWFA aşamasından diğerine enjekte edilmesiyle, ivmenin birden çok kez gerçekleşmesi gerekir. Ekip üyesi olarak bu kolay değil Min Chen İz onlarca mikrometre boyutunda olduğundan ve hızı ışık hızına çok yakın olduğundan, elektron enjeksiyonu son derece zordur” diye açıklıyor. Son zamanlarda yapılan bazı araştırmalar, plazma lensleri gibi teknikler kullanarak yeniden enjeksiyonu başarmış olsa da, araştırmacılar, elektronların yalnızca küçük bir kısmını ikinci bir aşamaya enjekte etmeyi başardılar.

2018'de Zhang ve Chen'in ekibi, Chen'in açıkladığı gibi yeni bir yaklaşım getirdi: "Bizim şemamızda, elektronlar her zaman düz bir plazma kanalı içinde hareket eder ve burada lazer uyandırma alanı tarafından odaklanabilirler. Daha sonra ikinci taze lazer kavisli bir plazma kanalı tarafından yönlendiriliyor ve tıpkı bir otoyol rampası gibi düz kanalla birleşiyor.”

Elektronları her yeni aşamanın başında enjekte etmek yerine kesintisiz bir aşama boyunca hareket etmelerine izin vererek, bu yaklaşım araştırmacıların hızlanma sırasında çok daha fazla parçacığı tutmasını sağlayacaktır.

Sallanan plazma

İlk başta, takımın hedefi aşırı hırslı görünebilirdi. Bir ışın, düz kanalla birleşirken merkezden biraz bile sapmışsa, plazma uyanma alanının yalpalamasına neden olarak elektronları düz yollarından atabilir ve ivmelerini azaltabilir.

Zhang'ın ekibi, içerideki plazmanın yoğunluğunda farklılıklar yaratan kanalın eğriliğini değiştirerek bu zorluğun üstesinden geldi. Tam olarak doğru eğrilikle, lazer ışınının konumunun salınımını durdurabileceklerini keşfettiler - böylece elektronlar kanalın düz kısmına enjekte edildiğinde, ortaya çıkan uyanık alan, parçacıkları daha yüksek hızlara hızlandıracak kadar kararlıydı.

Araştırmacılar, son deneyleri sayesinde yaklaşımlarının bir başka avantajını daha keşfettiler. Chen, "Bazı durumlarda, lazerin yalnızca yönlendirilemeyeceğini, aynı zamanda eğimli kanal içinde bir uyanık alan oluşturabileceğini ve elektronları hızlandırabileceğini bulduk" diye açıklıyor. "Genellikle bunlar yalnızca düz bir plazma kanalında bulundu. Bu, hem lazer hem de yüksek enerjili elektronların bu tür kıvrımlı plazma kanalında yönlendirilebileceği anlamına geliyor.”

Ekip, erken sonuçlarının önemli bir kilometre taşı olduğuna inanıyor. Chen, "Deneyimiz, göreli elektronların, aşamalı uyanma alanı hızlandırma şemamızın kritik adımı olan kavisli bir plazma kanalı tarafından nasıl kararlı bir şekilde yönlendirilebileceğini gösteriyor" diyor. "Gelecekte, bu tür kanallar uyanma alanı ivmesi ve elektron rehberliği için kullanılabilir."

Zhang'ın ekibi, çoklu kavisli kanalları kullanarak daha yüksek sayıda ivme aşaması gösterebilirlerse, teraelektronvolt enerjilerinin bir gün LWFA'lar için modern parçacık hızlandırıcılarının boyutunun ve maliyetinin yalnızca bir kısmıyla erişilebilir olabileceğini umuyor. Chen, "Şu an için, çalışmamızın aşamalı lazer uyandırma alanı hızlandırması için kritik bir adımı çözdüğünü ve kompakt bir senkrotron radyasyon kaynağı potansiyeli gösterdiğini söyleyebiliriz" diyor.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Physical Review Letters.

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası