Лазер помог уменьшить ускорители частиц
Все новости на карте
Физики из Лаборатории лазерной энергетики Рочестерского университета придумали способ создать небольшие — в десять тысяч раз больше существующих — ускорители электронов. Их метод основан на использовании лазерного луча для придания частицам необходимого импульса. Свою статью исследователи опубликовали в журнале Physical Review Letters.
Ускорение электронов до высоких энергий в лабораторных условиях — довольно сложная задача. Как правило, чем большую энергию надо придать электронам, тем больше размер ускорителя частиц для этой цели. Например, чтобы открыть бозон Хиггса — недавно обнаруженную «частицу Бога», ответственную за существование массы во Вселенной, — ученые CERN в Швейцарии использовали ускоритель частиц длиной почти 27 километров. Но создание таких «монстров» — дело недешевое и небыстрое.
Чтобы решить все эти проблемы, авторы новой работы придумали технологию создания небольших ускорительных установок — длиной примерно с обеденный стол. С помощью такой техники ученые могли бы проводить настольные эксперименты для наблюдения бозона Хиггса или исследовать существование дополнительных измерений и новых частиц.
Физики разработали новую оптическую установку, которая напоминает по форме круглый амфитеатр, разделенный на отсеки, размером с длину волны лазера. Такая конструкция используется для создания временной задержки между концентрическими кольцами излучения, которые поступают от сверхмощного лазера. Объектив фокусирует каждое кольцо света, поступающее от лазера и создает пучок высокой интенсивности. Однако вместо использования обычной линзы исследователи применили объектив экзотической формы, который позволяет им фокусировать каждое кольцо света на различном расстоянии от линзы, создавая линию высокой интенсивности, а не пятно.
Когда такой лазерный импульс попадает в плазму — своего рода газ из свободно движущихся электронов и ионов — он создает след. Этот след распространяется со скоростью света. Затем электроны в плазме ускоряются за счет наличия этого следа, как человек на водных лыжах движется за лодкой.
В теории так называемые лазерные кильватерные ускорители были предсказаны еще почти 40 лет назад. Создать их стало возможным благодаря изобретению в 1985 году метода усиления чирпированных импульсов, за который его авторы получили в 2018 году Нобелевскую премию по физике. В предыдущих работах, где предпринимались попытки создания подобных устройств, ученые использовали традиционные неструктурированные лазерные импульсы, которые распространялись медленнее скорости света. Это значит, что электроны опережали бы след и не могли бы ускориться до больших энергий. Новая техника позволяет развивать лазерному «пятну» скорость, превышающую скорость света, поэтому, благодаря этому электроны могут постоянно ускоряться.
Видео дня. Священник надел маски во время службы