Американские физики использовали два лазерных импульса, отправленных через струю газообразного водорода, для создания миниатюрного ускорителя электронов. Устройство позволили разогнать часть электронов до 5 ГэВ.
Классические ускорители частиц представляют собой гигантские конструкции, объясняют ученые. Целью новой работы было создать устройство, которое сможет добиваться того же эффекта в лаборатории комнатного масштаба. Чтобы этого достичь, требуется более мощный импульс, который будет разгонять частицы даже на небольшом расстоянии.
Для создания такого поля ученые использовали метод ускорения лазерного кильватера. Суть этой технологии состоит в том, что сильно сфокусированный лазерный луч направляется через плазму. Импульс световой волны создает возмущения и увлекает за собой электроны. Это можно сравнить с лодкой, которая движется по воде и захватывает частицы в кильватере (за собой), объясняют ученые.
Моделирование эксперимента: красный лазерный луч создает за собой поток ускоренных электронов (желтые). Изображение: Bo Miao, IREAP
Этот метод был предложен несколько десятилетий назад, но до сих пор разгонять электроны с его помощью удавалось всего на несколько сантиметров, после чего энергия луча рассеивалась в плазме. В своей работе физики предложили использовать лазер, чтобы пробивать в плазме волновод, по которому и будет двигаться поток электронов, захваченный светом.
Для создания плазменного волновода команда использует дополнительный лазерный луч и струю газообразного водорода. Когда этот дополнительный «направляющий» лазер проходит через струю, он отрывает электроны от атомов водорода и создает канал плазмы. Плазма горячая и быстро начинает расширяться, создавая «ядро» с более низкой плотностью, а газ с более высокой плотностью формирует цилиндрическую оболочку. Затем по этому каналу направляется основной лазерный луч.
С помощью своей технологии ученые разогнали электроны до скоростей близких к скорости света на участке всего в 20 см: энергия некоторых из них достигала значения 5 ГэВ. Это всего в три раза меньше, чем у ускорителя SLAC в Стенфорде, длина которого составляет более 3 км.
