Компресиране на енергията: как учените укротиха хаоса в ускорителите с размер колкото една длан
Учени от немския проучвателен център DESY направиха значима стъпка в развиването на технологията на лазерно-плазмените ускорители – компактна и обещаваща опция на гигантските ускорители, употребявани през днешния ден във физиката на обикновените частици. Традиционните ускорители са обемисти и скъпи: те изискват километрични трасета и мощни магнити, с цел да ускорят частиците до нужните скорости. Екипът на DESY обаче ни приближава до бъдещето, в което сходни опити ще могат да се правят с устройства с размери от няколко сантиметра.
Лазерно-плазмените ускорители работят не благодарение на елементарни магнити, а с мощни лазерни импулси и плазмени талази. Тези талази основават електрическо поле, което може дейно да форсира електроните. Проблемът е, че получените електронни снопове към момента не са задоволително постоянни и предсказуеми – електроните в тях могат да имат разнообразни сили и да се движат неравномерно, което пречи на потреблението на такива снопове в действителните съоръжения.
Новата работа на учените от DESY предлага и показва решение на този проблем – двустепенна система за промяна. Първо, електронните снопове с неравномерно систематизиране на силата се пропущат през специфична магнитна система, наречена „ чикана “. Това устройство безусловно разтяга снопа във времето и подрежда електроните съгласно тяхната сила: бързите електрони отиват напред, а бавните остават откъм гърба. След това този подбран вързоп се изпраща към радиочестотен резонатор – устройство, сходно на тези, употребявани в стандартните ускорители. Той или забавя бързите електрони, или форсира бавните, като в последна сметка изравнява техните сили.
Резултатът е впечатляващ: съмненията на силата в лъчите са понижени 18 пъти, а стабилността сред другите лъчи е увеличена 72 пъти. Това прави лазерно-плазмените ускорители сравними по качество с обичайните ускорители, само че те са десетки пъти по-компактни и евентуално по-евтини.
За първи път тази технология, която до момента съществуваше единствено на равнище концепция, беше осъществена в опит. Както означават създателите, в този момент пътят към практическото приложение на лазерно-плазмените ускорители е станал по-реалистичен. В бъдеще те могат да се употребяват да вземем за пример като източник на електрони за идващото потомство рентгенови апарати, като PETRA III – оборудване в DESY, произвеждащо свръхярки рентгенови лъчи за проучване на молекули, материали и биологични проби.
Макар че следва още доста работа – възстановяване на лазерите, прекосяване на технологията към непрестанен режим на работа – към този момент е ясно: дребните ускорители стават все по-сериозен кандидат да трансформират бъдещето на физиката на обикновените частици и научните проучвания.
