Физиците се приближиха до създаването на лазерен колайдер
Последно: 19 юни 2024 г. в 10:27
Физици от САЩ за първи път успяха успешно да обединят два „настолни“ лазерни ускорителя на частици, което отваря пътя за създаването на свръхмощни и много компактни физически ускорители, способни да съперничат на Големия адронен колайдер по мощност, става ясно от статия, публикувана в сп. Nature.
В началото на 80-те години физиците откриха потенциален начин да намалят размерите на съвременните ускорители на частици, които по площ се приближават до микродържави. Те изясниха, че частиците може да се ускоряват с помощта на лазер, който превръща неголеми концентрации на материя в плазма и избива електроните от нея.
Уим Лийманс (Wim Leemans) от лабораторията „Лорънс“ в Бъркли и колегите му отбелязват, че такива компактни ускорители притежават внушителна за размерите си мощност – 2,5 гигаелектронволта, която обаче е несъпоставима с мощността на Големия адронен колайдер и други големи ускорители, способни да ускоряват частиците хиляди пъти по-силно.
Първите подобни устройства се появиха през 2014 и 2015 г. и пред физиците се появи проблем – как може да се обединят подобни ускорители в една верига, в която електроните последователно да се ускоряват до все по-големи енергии.
Трудностите с подобно обединение се заключават в това, че импулсите на лазера и сноповете електрони трябва да попадат в облака плазма в много точно определени интервали от време, за да накарат ускоряваните частици да се движат в една посока с приблизително еднаква скорост и енергия.
В решаването на този проблем физиците получили неочаквана помощ от нещо съвсем обикновено – лента от VHS видеокасета, която, оказало се, може да играе ролята на „плазмено огледало“, пропускащо през себе си ускоряваните електрони, но непропускащо лазерния лъч и други „странични продукти“ от процеса на ускорение.
От обратната страна на „огледалото“ по него бие лазерен лъч, който се отразява от неговата повърхност и придава допълнително ускорение на електроните в плазмения облак във втория лазерен ускорител. В момента на ускорението лентата се унищожава и физиците решили този проблем много превъртайки касетата според работата на ускорителя.
Резултатите от опита засега са доста скромни – учените са успели да ускорят сноп частици до 100 мегаелектронволта във втория блок на ускорителя, което е приблизително равно на енергията на електроните, излизащи от първия възел на устройството. И все пак авторите на статията са обнадеждени от резултата, тъй като той показва, че идеята работи.
Според техните изчисления ускорител, съпоставим по мощност с Големия адронен колайдер, ще притежава дължина няколкостотин метра. Сега Лийманс и колегите му експериментират с по-мощния лазер BELLA в Бъркли, който според надеждите им ще им помогне да достигнат рекордното за такива системи ускорение от 10 гигаелектронволта на базата на същия двумодулен ускорител.
Лазерно-плазменият ускорител представлява неголям контейнер, в центъра на който се намира облак от плазма, представляващ набор от подвижни електрони и сравнително слабоподвижни йони.
Ако по такъв облак се удари със сноп електрони, то в областта, където те попадат, ще се появи силно електрическо поле, чиято напрегнатост е на порядъци по-висока от тази, която може да се постигне на Големия адронен колайдер или в други обичайни ускорители. И ако в това поле попадне електрон или друга частица, то тогава тя се ускорява до свръхвисоки стойности за части от секундата.
Физиците наричат този метод на ускорение на частици „килватерно ускорение“, поради това, че ускоряваните частици ускоряват своя бяг, използвайки „килватерни“ вълни, пораждани в плазмата от първия сноп електрони.
