Физиците от лабораторията "Лорънс Бъркли" разбиха световния рекорд за ускоряване на частици. На дистанция от 20 сантиметра те увеличиха ускорението на електрони от 0 до огромните 7,8 милиарда електронволта (GeV).
Това почти двоино надхвърля предишното постижение на екипа от 4,2 GeV за над 9 сантиметра.
Високоенергийните ускорители на частици са от жизненоважно значение за напредъка в науката за частиците, от които е създадена нашата Вселена, но тези съоръжения имат някои доста големи ограничения, особено по отношение на размера и цената. Големият адронен колайдер се състои от вакуумен тунел, заровен дълбоко под земята, с обиколка 26,7 километра. По протежение на тунела са разположени на интервали камери, които генерират радиочестотни вълни, предаващи енергия на преминаващите частици, за да им придадат ускорение, като всяка радиочестотна камера доставя ускоряващо поле от 5 милиона волта на метър (5 MV/m) и в крайна сметка се достига скорост, близка до тази на светлината във вакуум.
Миналата година физиците в ЦЕРН обявиха, че с помощта на авангардна технология, наречена плазмено ускорение на полето са постигнали градиент на ускорение от 200 MV/m. Това доведе до ускорение до близо 2 GeV на 10 метра.
В случая се използват лазерни импулси за генериране на плазмени вълни с електромагнитни полета, които могат да бъдат хиляди пъти по-силни от радиочестотните полета. Така, както уейксърфистите използват вълните, предизвикани от моторница, за да се ускорят, частиците могат да "сърфират" по плазмените вълни, за да получат енергия.
За да подобрят подхода, физиците от Националната лаборатория "Лорънс Бъркли" включват в експеримента плазмен вълновод. "Той се използва за смекчаване на лазерната дифракция на фокусираните лазерни импулси, което увеличава дължината на ускорението и допълната енергия за дадена лазерна мощност", пишат изследователите в своята статия, публикувана в списание Physical Review Letters.
Така бе постигнат предишния резултат от 4,2 GeV през 2014 г - сега екипът се е подобрил по своя метод.
Предишният експеримент постигна резултат от 4,2 GeV за над 9 сантиметра. Кредит: Roy Kaltschmidt/Lawrence Berkeley National Laboratory
В сапфирова тръба, пълна с газ, се задейства електрически разряд, който създава плазма. След това се използва нагряващ лазерен импулс за пробиване на част от газа в центъра на плазмата, понижавайки плътността, която фокусира лазерната светлина.
Така този плазмен канал е достатъчно устойчив, за да задържи лазерните импулси ограничени по дължината на ускорителя. Последвалите ускоряващи лазерни импулси генерират вълни в плазмата. Тогава електроните в плазмата "яхат вълната", сърфирайки по дължината на сапфирената тръба.
Схема на експеримента BELLA LPA, включващо нагревателната лазерна система за подобряване капилярния разряд на вълновода.
В предишния експеримент плътността на плазмата кара лазера да губи фокуса си по дължината на капиляра, което води до увреждане на сапфировата тръба.
Получаването на следващото поколение електрон-позитронни сблъсъци с TeV енергии ще изисква свързване на серия от лазерни плазмени ускорители, като всеки етап ще даде на частиците енергичен тласък. Постижението в лабораторията в Бъркли е вълнуващо, защото 7,8 GeV е близо до енергията, необходима тези етапи да станат ефективни.
Изследването ще бъде представено на 61-ата годишна среща на APS (American Physical Society) отдела по физика на плазмата тази седмица и е публикувано в списание Physical Review Letters.
Източник:
Physicists Just Smashed an Insane Record of Particle Acceleration in a Plasma Channel, sciencealert
World record acceleration: Zero to 7.8 billion electron volts in 8 inches, American Physical Society
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари