Na uniwersytecie w Austin naukowcy osiągnęli przełom w technologii akceleratorów cząstek, tworząc urządzenie o wyjątkowo małych rozmiarach, zdolne do generowania wiązki elektronów o energii 10 miliardów elektronowoltów (10 GeV). Ta innowacja może całkowicie zmienić sposób prowadzenia badań naukowych.

Tradycyjne akceleratory cząstek, takie jak Wielki Zderzacz Hadronów (LHC), zajmują ogromne przestrzenie. Nowy system z Teksasu, mierzący zaledwie 20 metrów długości, stanowi znaczące skrócenie w porównaniu do standardowych akceleratorów, które osiągają długość około 3 kilometrów, by wytworzyć wiązki o podobnej energii.

Klucz do miniaturyzacji akceleratora leży w połączeniu silnych, ultrakrótkich impulsów laserowych z gazem helowym i nanocząstkami aluminium. Dzięki temu udało się zwiększyć energię elektronów wydzielanych z nanocząstek przez laser. Elektrony te, przesuwając się na krawędzie impulsu laserowego, poruszają się na falach plazmy wywołanych przez laser, podobnie jak surferzy na falach za łodzią.

Innowacja ta polega na zastosowaniu nanocząstek, które stabilizują system i umożliwiają znaczne zmniejszenie jego rozmiaru. Jak wyjaśnia fizyk Bjorn Hegelich, dzięki nanocząstkom elektrony są uwalniane w odpowiednim miejscu i czasie, co pozwala na precyzyjniejsze sterowanie procesem.

Ten rodzaj akceleratora, wykorzystujący lasery do generowania fal plazmowych, nazywany jest akceleratorem plazmowym typu wakefield. Zespół badawczy uważa, że ich zaawansowana wersja może znaleźć zastosowanie w badaniach nad półprzewodnikami, testowaniu sprzętu kosmicznego oraz w rozwijaniu terapii przeciwnowotworowych.

Wszystko to jest możliwe dzięki sposobowi, w jaki instrument przyspiesza elektrony, generując energiczne fale promieniowania elektromagnetycznego, takie jak promienie X, które mogą być wykorzystane do obrazowania procesów na skalę molekularną.

Badacze planują dalszy rozwój systemu, choć przyznają, że wciąż wiele nie wiadomo o interakcjach między elektronami, laserami i plazmą. Oznacza to, że przed nimi jeszcze wiele ekscytujących odkryć naukowych.

Źródło: Science Alert