Bilim insanları, kuasipartiküllerden güç alan süper parlak ışık kaynağı önerdi - Fizik Dünyası

Bilim insanları, kuasipartiküllerden güç alan süper parlak ışık kaynağı önerdi - Fizik Dünyası

Zaman Damgası: 11 Aralık 2023 8:46

Tek bir dev parçacık veya yarı parçacık gibi birlikte hareket eden birçok elektronun birleşimi kullanılarak oluşturulan güçlü ve parlak bir lazer kaynağının simülasyonu
Bilim insanları, Avrupa Yüksek Performanslı Hesaplama Ortak Girişimi aracılığıyla sağlanan süper bilgisayarlarda gelişmiş bilgisayar simülasyonları çalıştırarak plazmadaki yarı parçacıkların benzersiz özelliklerini inceledi. Bugün var olan en gelişmiş ışık kaynakları kadar güçlü, ancak çok daha küçük ışık kaynakları oluşturmak için yarı parçacıklar kullanmayı öneriyorlar. (Nezaket: B Malaca)

Plazma hızlandırıcılara dayanan önerilen yeni bir ışık kaynağı, en gelişmiş serbest elektron lazerleri kadar güçlü, ancak çok daha küçük, süper parlak kaynakların geliştirilmesini mümkün kılabilir. Deneysel olarak gösterilmesi halinde, uluslararası bir araştırmacı konsorsiyumu tarafından öne sürülen tasarım, tahribatsız görüntüleme ve bilgisayar çipi üretimi de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için kullanılabilir.

Serbest elektron lazerleri gibi tutarlı ışık kaynakları, biyomoleküllerin yapısını, kimyasal reaksiyonların dinamiklerini ve fizik, kimya ve malzeme bilimindeki diğer bulmacaları incelemek için kullanıldıkları akademik araştırmalarda rutin olarak kullanılmaktadır. Sorun şu ki çok büyükler: en güçlüsü olan Stanford Üniversitesi'nin Linak Tutarlı Işık Kaynağı üç kilometre uzunluğunda ve Stanford Doğrusal Hızlandırıcı (SLAC) tarafından çalıştırılıyor. Bunları küçültmek onları üniversiteler, hastaneler ve endüstriyel laboratuvarlar gibi daha küçük kurumların erişebileceği noktaya getirecektir.

Elektronlar için bir “Meksika dalgası”

Araştırmacılar öncülüğünde Jorge Vieira arasında Instituto Superior Técnico (IST) ile birlikte Portekiz'de John Palastro arasında Rochester ÜniversitesiABD, tam da bunu yapmanın bir yolunu bulduklarını düşünüyor. Meslektaşlarıyla birlikte geliştirdikleri tasarımlar University of California, Los Angeles ve Laboratoire d'Optique Aplike Fransa'da, tek bir dev parçacık veya yarı parçacık gibi birlikte hareket eden birçok elektronun bir araya getirilmesi kullanılarak güçlü ve parlak bir lazer kaynağının yaratılması çağrısında bulunuluyor. "Bununla ne demek istediğimizi anlamak için, katılan her kişi yerinde kalmasına rağmen arenada dolaşan Meksika dalgalarını düşünün" diye açıklıyor. Bernardo MalacaIST'de doktora öğrencisi ve tasarım üzerine yayınlanan bir çalışmanın ilk yazarı Doğa Fotonik. "Böyle toplu yüklü parçacık dinamiği, plazma fiziğinin kalbinde yer alıyor."

Tıpkı bir Meksika dalgasının prensipte kalabalıktaki insanlardan daha hızlı hareket edebilmesi gibi (hepsinin birlikte çalışması şartıyla), Malaca aynı şeyin elektronlar için de olabileceğini söylüyor. Ancak bu durumda sonuçlar çok daha derin olacaktır: "Meksika'daki elektron dalgaları, yerel olarak ışıktan hızlı tek bir elektron olmamasına rağmen, ışık hızından daha hızlı hareket edebilir" diye açıklıyor.

Malaca, bu gerçekleştiğinde kolektif elektron dalgalarının sanki tek bir süper-luminal elektronmuş gibi yayılacağını ekliyor. "Kolektif elektron radyasyonu sanki tek bir parçacıktan kaynaklanıyormuş gibi resmedilebilir, bu da şimdiye kadar hayal edilmemiş bir zamansal tutarlı kaynak sınıfı yaratma olasılığını artırır" diyor Fizik Dünyası.

Çerenkov etkisinin yarı parçacıklı versiyonu

Yeni çalışmada, araştırmacılar tarafından desteklenen Avrupa Yüksek Performanslı Bilgi İşlem Ortak Girişimi, plazmadaki yarı parçacıkların özelliklerini incelemek için süper bilgisayarlardaki simülasyonları kullandı. Bu simülasyonlar, bir yarı parçacıktan gelen radyasyonun aslında tek bir sonlu boyutlu parçacık tarafından üretilen radyasyondan temelde ayırt edilemez olduğunu gösterdi.

Portekiz-ABD-Fransa ekibi ayrıca Çerenkov etkisinin yarı parçacık versiyonunun fiziğini de tanımlıyor. Çerenkov radyasyonu, yüklü parçacıkların bir ortamda ışığın o ortamdaki hızından daha hızlı bir hızda yayılmasıyla ortaya çıkar. Einstein'ın özel görelilik teorisine göre bu etki, ışığın hızının 300 km/s'nin biraz altında sabit olduğu boşlukta gerçekleşemez. Ancak bu sınır, süperluminal olanlar da dahil olmak üzere herhangi bir hızda hareket edebilen yarı parçacıklar için geçerli değildir. Palastro, "Kuazipartiküller, bireysel parçacıkları yöneten fizik yasalarının izin vermediği şekillerde hareket edebilir" diye açıklıyor. "Yeni bir güçlü ancak kompakt ışık kaynakları sınıfına giden anahtarı tutabilecek şey, yarı parçacık yörüngesini kontrol etme konusundaki bu mutlak özgürlüktür."

Viera, kuasipartiküllerin 10'dan XNUMX'a kadar olan radyasyonu yapıcı bir şekilde birleştirebileceğini ekliyor.10 elektronlar. Bunun "SLAC'taki bir elektron demetinin yüküyle ilgili" olduğunu belirtiyor.

Kuasipartiküllerden gerçek dünyaya ait bir ışık kaynağı oluşturmanın bir yolunun, yoğunluğun mesafeyle birlikte arttığı bir plazmaya veya gaza yoğun bir lazer darbesi veya göreceli parçacık demetini göndermek olacağını ekliyor. Bu konfigürasyon yoğunluk artış rampası olarak bilinir ve plazma bazlı hızlandırıcılarda standarttır. Ancak bunlar genellikle sabit yoğunluk profili kullanır. Yeni düzenek, yarı parçacık-Cherenkov emisyonuna yol açan süper luminal bir yarı parçacık yaratacaktır.

Viera, "Dalgalı radyasyona yol açan dalgalı bir yarı parçacık oluşturmak için, yoğunluğun periyodik olarak (sinüzoidal olarak) mesafeye göre değiştiği bir plazma veya gaza yoğun bir lazer darbesi veya göreceli parçacık demetini gönderebiliriz" diye açıklıyor. "Laboratuvarda bu tür profiller oluşturmak için farklı konfigürasyonlar halihazırda mevcuttur (örneğin, plazmayı yalnızca yapıcı girişim bölgelerinde iyonize eden iki iyonlaştırıcı lazer darbesi arasındaki girişim desenini kullanmak).

“Muazzam bir etki”

Viera, kuasipartiküllere dayanan kompakt ışık kaynaklarının laboratuvarda inşa edilmesi ve gösterilmesi durumunda, şu anda dünyanın yalnızca birkaç yerinde (LCLS'de olduğu gibi) mümkün olan bilim ve uygulamaları getirebileceğini söylüyor. “Işık kaynaklarının bilim ve teknolojiden günlük uygulamalara kadar yaşamlarımız üzerinde muazzam bir etkisi var. Örneğin, tahribatsız görüntülemede (virüs tarama veya ürün kalitesini kontrol etme gibi), biyolojik süreçleri anlamada (fotosentez gibi), bilgisayar çipleri üretmede ve gezegenler ve yıldızlardaki maddenin davranışını keşfetmede çok önemli bir rol oynuyorlar.”

Araştırmacılar şimdi kuasipartiküllerin elektromanyetik spektrumun diğer dalga boylarında yayılmasını sağlamanın yollarını araştırıyorlar. Örneğin X ışınlarının dalga boyları 1 nm civarındadır ve özellikle yararlı olacaktır.

Malaca, "Ayrıca konseptimizi deneysel olarak göstermeye çalışıyoruz" diyor. "Şu an için kavramsal bir yenilik olsa da, yarı parçacık yaklaşımının dünya çapında düzinelerce, hatta yüzlerce laboratuvarda denenebilecek kadar basit olduğuna inanıyoruz."

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası