Физикам, возможно, удалось уменьшить размер ускорителя частиц. Им удалось создать первый прототип миниатюрного ускорителя частиц, в котором вместо радиочастотных структур используется терагерцовое излучение.
В электромагнитном спектре терагерцовое излучение находится между инфракрасным излучением и микроволнами. Ускорители частиц обычно используют электромагнитное излучение в радиочастотном диапазоне. Например, в ускорителе частиц PETRA III, принадлежащем DESY, используется частота около 500 мегагерц. Однако длина волны терагерцового излучения, используемого в этом эксперименте, примерно в тысячу раз меньше. Это означает, что всё остальное тоже может быть меньше.
В этом последнем проекте исследователи использовали специальный микроструктурированный модуль ускорителя, специально разработанный для работы с терагерцовым излучением. Физики направляли быстрые электроны в миниатюрный модуль ускорителя с помощью электронной пушки. Затем электроны дополнительно ускорялись терагерцовым излучением, подаваемым в модуль. Этот первый прототип терагерцового ускорителя действительно смог увеличить энергию частиц на семь килоэлектронвольт (кэВ).
«Это не такое уж большое ускорение, но эксперимент показывает, что этот принцип работает на практике, — сказал Арья Фаллахи из CFEL, соавтор нового исследования, в пресс-релизе. — Теория предполагает, что мы сможем достичь градиента ускорения до одного гигавольта на метр».
Новая терагерцовая технология может сыграть огромную роль в создании будущих линейных ускорителей для использования в физике элементарных частиц. Кроме того, эту технологию можно использовать для создания компактных рентгеновских лазеров и электронных источников для исследований в области материаловедения, а также в медицинских приложениях, использующих рентгеновское и электронное излучение.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.