Лазерный свет, путешествующий через плазму, может произвести луч электронов все с почти той же энергией, сообщают физики. Трансгрессия, сообщил в выпуске 30 сентября Природы, отмечает ключевой шаг к развитию практических богатых энергией ускорителей частиц, которые могут вписаться в комнату.
В последние десятилетия физики экспериментировали с ускоряемыми частицами путем блистания чрезвычайно интенсивный пульс лазерного света в ионизированный газ или плазму. Поскольку световой импульс путешествует через плазму, он выдвигает отрицательно наполненные электроны, создавая регион избыточных положительных ионов, тянущийся позади света. Другие электроны тогда мчатся к тому пятну, формируя регион отрицательного заряда после близко позади положительного. Между ними положительно и отрицательно наполненный ходят по пятам, регионы возникают огромное подобное волне электрическое поле, известное как «Уэйкфилд», это все еще, другие электроны могут заняться серфингом для получения колеблющихся сумм энергии в очень коротком расстоянии. До сих пор, однако, эта схема произвела брызги электронов со многими энергиями, и эксперименты обычно требуют сильно сосредоточенных лучей единственной энергии.
Теперь, три группы независимо достигли лучей электронов с узкими энергетическими диапазонами. Ключ к созданию таких «моноэнергетических» лучей должен гарантировать, что Уэйкфилд размножается достаточно далеко для всех электронов на нем для серфинга полностью от гребня до ноги волны, но не дальше, бригады отчета во главе с Вимом Леемансом Лоуренса Беркли Национальная Лаборатория в Калифорнии, Виктор Молка из французского Национального Института Передовых технологий в Палезо и Карла Крушелника из Имперского колледжа Лондона.
Все три группы запустили пульс лазерного света, длящегося меньше чем одну десятитысячную наносекунды и упаковочные триллионы ватт энергии в реактивные самолеты газа водорода или гелия. Группы Молки и Крушелника использовали относительно большое лазерное пятно, гарантирующее, что пятно может путешествовать 1 – 3 миллиметра перед распространением и позволяет электронам исследовать просто правильное расстояние. Группа Лимена использовала один лазерный пульс для создания ионизированного канала, позволившего уэйкфилдской волне второго пульса путешествовать дальше через плазму, чем это будет иначе. Все группы нашли, что они могли произвести компактные взрывы электронов с энергиями приблизительно 100 мегаэлектронвольтов в расстояниях в тысячу раз короче, чем стандартный акселератор мог.
«Некоторое время [моноэнергетические лучи] походили на отдаленную цель», говорит Илан Бен-Цви, физик в Брукхевене Национальная Лаборатория в Аптоне, Нью-Йорк. «Было довольно удивительно, что не всего один, но и три группы почти одновременно смогли продемонстрировать это». Такие акселераторы могли быть полезны для экспериментов в биологии и материаловедении, несмотря на то, что Бен-Цви предостерегает, что метод скоро не заменит стандартные акселераторы в коллайдерах в богатых энергией лабораториях физики, которые должны произвести лучи многих миллиардов электронвольтов.