Вскоре исследователи смогут работать с компактным ускорителем. Используя один из самых мощных лазеров в мире, физики ускорили субатомные частицы до самых высоких энергий, когда-либо зафиксированных в компактном ускорителе.
В данном случае исследователи использовали специализированный петаваттный лазер и газ из заряженных частиц, называемый плазмой. Это позволило им разогнать частицы до нужной скорости в лазерно-плазменном ускорителе. Этот новый класс ускорителей частиц может превратить традиционные ускорители длиной в несколько километров в машины, которые поместятся на столе.
Частицы — в данном случае электроны — разгонялись в плазменной трубке длиной девять сантиметров. Исследователям удалось разогнать частицы до соответствующей энергии в 4,25 гигаэлектронвольта. Ускорение на таком коротком расстоянии фактически соответствовало градиенту энергии в 1000 раз большему, чем в традиционных ускорителях частиц, и стало мировым рекордом для лазерно-плазменных ускорителей.
Большой адронный коллайдер в ЦЕРН, который является более традиционным ускорителем частиц, имеет окружность 27 километров и ускоряет частицы за счет модуляции электрических полей внутри металлической полости. В лазерно-плазменных ускорителях, напротив, используется импульс лазерного излучения, который подается в короткую и тонкую, похожую на соломинку трубку, содержащую плазму. Лазер создает канал в плазме, а также волны, которые захватывают свободные электроны и ускоряют их до высоких энергий. В ходе последнего эксперимента исследователи использовали BELLA (лазерный ускоритель Беркли) — один из самых мощных лазеров в мире.
«Мы направляем этот лазерный луч в отверстие диаметром 500 микрон на расстоянии около 14 метров, — сказал Вим Леманс, один из исследователей, в пресс-релизе. — Лазерный луч BELLA обладает достаточно высокой стабильностью направления, что позволяет нам его использовать. С большим количеством лазеров это было бы невозможно».
Полученные результаты могут иметь огромное значение для создания гораздо более компактных ускорителей, чем существующие. Это, в свою очередь, может способствовать дальнейшим исследованиям.
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.