Разделы

Наука

"Карманный" ускоритель становится реальностью

Американские ученые разработали новый тип ускорителя заряженных частиц на основе лазера, который позволит создавать чрезвычайно компактные ускорители, коллайдеры и когерентные источники рентегеновского излучения.
Обычные ускорители электронов имеют гигантские размеры — многие сотни метров в длину, и разработка технологий, которые позволили бы существенно снизить их размеры, становится первоочередной задачей. В последние годы был предложен широкий спектр новых технологий, позволяющих использовать для ускорения заряженных частиц иные механизмы — в основном, лазерное излучение. Они обладают значительными преимуществами перед ускорителями классических схем и позволяют радикально уменьшить их размеры, но при этом не лишены определенных недостатков. В частности, в некоторых механизмах чрезмерно велики потери энергии на синхротронное излучение, да и качество пучка оставляет желать лучшего.

В новой методике, разработанной группой ученых из Стэнфордского университета и Стэнфордского ускорительного центра (SLAC) под руководством Томаса Плеттнера (Thomas Plettner), предполагается использовать для ускорения частиц лазерный пучок с продольной ориентацией электрического поля. Это позволит ускорять электроны в том же направлении, что и у лазерного пучка. Энергия, передаваемая электрону, пропорциональна интегралу продольной компоненты лазерного пучка по пути, на протяжении которого электроны взаимодействуют с лазерным излучением. При этом ускорение электронов происходит в вакууме, а не в значительно более сложной плазменной среде.

Как сообщает PhysicsWeb, в обычной вакуумной среде фазовая скорость лазерного излучения не совпадает со скоростью электронов, так что ускоряться они не могут. Тем не менее, д-ру Плеттнеру удалось обойти это препятствие введением «границы» — полимерной пластинки с золотым напылением. Благодаря ней обеспечивается ненулевой обмен энергией между лазерным излучением и электронами, что позволяет использовать этот механизм для ускорения последних.

#gallery#
«Основным и главным мотивом данной работы является возможность разработки технологии ускорения частиц, которая позволила бы существенно — во много раз — уменьшить размеры существующих линейных ускорителей, — считает сам д-р Плеттнер. — Это может привести к созданию компактных лептонных коллайдеров большой мощности, которые смогут преодолеть порог энергии столкновения в 1 ТэВ». Кроме того, новый метод позволит разработать новые, очень компактные источники когерентного рентгеновского излучения.