Budują miniaturowy akcelerator cząstek

Eksperci ze SLAC National Accelerator Laboratory i Uniwersytetu Stanforda pracują nad zminiaturyzowaniem akceleratora cząstek. Ich głównym celem jest zastąpienie 3-kilometrowego akceleratora liniowego urządzeniem o długości 30 metrów.

Naukowcy pochwalili się właśnie jednym z osiągnięć, która ma umożliwić realizację ich celu. Wykorzystali laser do przyspieszenia elektronów w szklanym układzie wielkości ziarnka ryżu. Przyspieszenie było 10-krotnie większe niż udaje się uzyskać za pomocą konwencjonalnej technologii. Musimy pokonać jeszcze wiele przeszkód zanim można będzie wykorzystać tę technologię, jednak może ona znacząco zmniejszyć koszt i rozmiary przyszłych akceleratorów cząstek - mówi Joel England, fizyk ze SLAC. Może też przyczynić się do powstania niewielkich akceleratorów i urządzeń korzystających z promieni X, które będa wykorzystywane w obrazowaniu medycznym, terapii, badaniach biologicznych, materiałowych czy w sektorze bezpieczeństwa - dodaje.

Podczas wstępnych prób gradient przyspieszenia, czyli ilość energii zyskiwanej na długość akceleratora, wyniósł 300 milionów elektronowoltów na metr. To 10-krotnie więcej niż uzyskuje się obecnie w akceleratorze SLAC. Naszym celem jest uzyskanie miliarda elektronowoltów na metr, obecnie osiągnęliśmy jedną trzecią z tego - mówi profesor Robert Byer. Osiągnięcie założonego celu będzie oznaczało, że w nowym akceleratorze na długości zaledwie 30 metrów będzie można rozpędzać cząstki do takich energii, jakie uzyskuje się w 3-kilometrowym SLAC.

W obecnie używanych akceleratorach do zwiększania anergii cząstek używa się mikrofal. Jest to jednak metoda mało efektywna, dlatego uczeni poszukują alternatywy dla niej. Najbardziej obiecującą techniką jest wykorzystanie ultraszybkich impulsów laserowych.

Podczas eksperymentów z akceleratorem na chipie elektrony przyspieszano najpierw w tradycyjnym akceleratorze do prędkości bliskiej prędkości swiatła. Następnie kierowano je do niewielkiego mikrometrowego kanału zawierającego szklany chip o długości pół milimetra. Wcześniej w kanale tym utworzono precyzyjnie ułożone krawędzie w nanoskali. Pracujący w podczerwieni laser oświetlając powierzchnię z krawędziami tworzy pole elektryczne, które zwiększa energię elektronów. Jak zatem widzimy, stworzenie biurkowego akceleratora będzie wymagało opracowania metody wstępnego przyspieszania elektronów zanim trafią one do szklanego chipa.

Prace nad minaturowymi akceleratorami trwają już od lat. Przed rokiem informowaliśmy o uruchomieniu Berkeley Lab Laser Accelerator.

akcelerator cząstek chip elektron laser SLAC