Bilim adamları, dünyadaki diğer benzer kirişlerden beş kat daha fazla pik akımla bir ultrajort elektron ışını oluşturdular.
Yayınlanan bir makalede açıklanan Fiziksel İnceleme Mektuplarıbu başarı, parçacık hızlandırıcı ve ışın fiziğinin büyük zorluklarından birini ele alır ve kuantum kimyası, astrofizik ve malzeme bilimi de dahil olmak üzere geniş bir bilimsel alan alanında yeni keşifler için kapıyı açar.
Enerji Departmanı SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuarında bir personel bilimcisi olan Claudio Emma, ”Sadece bu kadar güçlü bir elektron ışını yaratmakla kalmıyor, aynı zamanda kirayı özelleştirilebilir ve talep üzerine kontrol edebiliyoruz, bu da her zamankinden daha geniş bir fiziksel ve kimyasal fenomen aralığını araştırabildiğimiz anlamına geliyordu.” Dedi. çalışmak.
Güç Dengesi
2022’de yayınlanan hızlandırıcı ve ışın fiziği yol haritasında belirtildiği gibi, fizikçiler için en büyük zorluklardan biri – şimdi kadar – ışın kalitesini korurken çok daha güçlü elektron ışınları üretmekti.
Geleneksel olarak, elektron ışını sıkıştırmak ve odaklamak için bir mikrodalga alanı kullanılır. Alan içindeki elektronlar kademelidir, böylece daha fazla sırt önündeki enerjiye sahiptir. Emma, bir pist yarışının başlangıcında sendelenen koşucular gibi.
“Daha sonra onları bir virajın etrafında gönderiyoruz, böylece arka taraftaki elektronlar öndeki elektronları yakalıyor ve sonunda, odaklanmış bir kirişte bir sürü elektron var.”
Bu yaklaşımla ilgili sorun, hızlandıkça, elektronların radyasyon yayması ve enerji kaybetmesidir, bu nedenle ışın kalitesinin bozulmasıdır. Bu, ışın enerjisi ve kalite arasında bir denge yaratır. Emma, ”Submikron ölçeğinde elektron demetlerini sıkıştırmak için geleneksel yöntemler uygulayamayız, aynı zamanda ışın kalitesini de koruyamayız.” Dedi.
Kazanma için Lazerler
Bu sorunu çözmek için, SLAC araştırmacıları milyarlarca elektronu, SLAC’ın Linac tutarlı ışık kaynağı (LCLS) gibi X-ışını serbest elektron lazerleri için geliştirilen lazer bazlı bir şekillendirme tekniği kullanarak bir mikrometreden daha az bir uzunluğa sıkıştırdı.
Emma, ”Bir lazer kullanmanın en büyük avantajı, mikrodalga alanlarla yapabileceğimizden çok daha hassas bir enerji modülasyonu uygulayabilmemizdir.” Dedi.
Ama sadece bir tünelden birkaç lazer çekmek kadar basit değil. Emma, ”Bir kilometrelik bir makinemiz var ve lazer ilk 10 metrede kirişle etkileşime giriyor, bu yüzden şekillendirmeyi tam olarak doğru almalısınız, o zaman bu modülasyonu kaybetmeden kirişi başka bir kilometre için taşımalısınız ve sıkıştırmanız gerekiyor,” dedi Emma. “Yani kolay değildi.”
Lazer şekillendirme tekniklerini birkaç ay test ettikten ve incittikten sonra, Emma ve ekibi artık tekrar tekrar yüksek enerjili, femtosaniye süresi, Petawatt pik güç elektron ışınları, daha önce elde edilebileceğinden yaklaşık beş kat daha yüksek olan Petawatt pik güç elektron ışınları üretebilirler.
İnanılmaz yeni bir araç
Bu yeni ışın, bilim adamlarının kuantum fiziği, malzeme bilimi ve astrofizikteki hipotezleri test etmek de dahil olmak üzere bir dizi doğal fenomeni araştırmasına izin verecektir.
Astrofizikte, örneğin, bu ışın yıldızlarda görülenlere benzer bir filaman oluşturmak için katı veya gaz hedefine yönlendirilebilir. Emma, ”Bilim adamları bu filamentlerin meydana geldiğini biliyorlar, ancak şimdi daha önce sahip olmadığımız bir güç seviyesiyle laboratuarda nasıl meydana geldiklerini ve geliştiklerini test edebiliriz.” Dedi.
Facet-II araştırmacıları daha güçlü ışın üzerine atladılar ve bunu ilerleyen plazma wakefield teknolojisine uyguladılar. Emma, Attosecond ışık darbelerini yapmak, LCLS’nin mevcut Attosecond yeteneklerini daha da geliştirmek ve daha da öncü bilimi yönlendirmek için bu kirişlerin daha fazla sıkıştırılması konusunda özellikle heyecanlı.
Emma, ”Hızlı bir kamera olarak kirişiniz varsa, o zaman çok kısa bir ışık nabzınız var ve şimdi aniden iki tamamlayıcı probunuz var.” “Bu benzersiz bir yetenek ve bununla birçok şey yapabiliriz.”
Emma ve meslektaşları, bu yeni elektron ışınının getireceği beklentilerden heyecan duyuyorlar.
“Face-II’de insanların gelip deneylerini yapabileceği gerçekten heyecan verici ve ilginç bir tesisimiz var.” Dedi. “Aşırı bir kirişe ihtiyacınız varsa, sizin için aracımız var ve birlikte çalışalım.”
