Физики из Университета штата Техас в Остине создали настольный ускоритель частиц, который может разгонять частицы до таких энергий и скоростей, которые ранее были достижимы только с применением ускорителей длиною в сотни метров и стоившими сотни миллионов долларов.

«Мы ускорили около полумиллиарда электронов до энергий в 2 ГэВ и произвели это на расстоянии около 1 дюйма, — сказал Майк Даунер, профессор физики в Колледже естественных наук. — До сих пор это можно было осуществить только на установках размером в два футбольных поля».

Результаты работы ученых были опубликованы на этой неделе в «Nature Communications». Это новая важная веха, приближающая день, когда лазерные плазменные ускорители мощностью несколько гигаэлектронвольт станут стандартным оборудованием в научно-исследовательских лабораториях всего мира.
Даунер заявил, что ожидает создания ускорителей в10 ГэВ длиной несколько дюймов в течение ближайших нескольких лет, а ускорители в 20 ГэВ, такого же размера, могут быть разработаны в течение десятилетия.

Даунер сказал, что электроны, получаемые на созданных малогабаритных ускорителях в 2 ГэВ, могут быть преобразованы в «жесткие» рентгеновские лучи также эффективно, как и те, что получаются от крупномасштабных ускоряющих установках. Он считает, что при дальнейшем усовершенствовании, они могли бы создать в будущем рентгеновский лазер на свободных электронах, самый «яркий» рентгеновский источник в настоящее время для науки.

Настольный рентгеновский лазер создаст новые возможности для исследователей в области химии и биологии, которые могли бы использовать «яркие» рентгеновские лучи для изучения молекулярной основы материи и жизни на атомарном уровне и в фемтосекундном временном разрешении, без необходимости приезда в крупный национальный центр.

Даунер отметил, что теперь, когда им и его командой продемонстрирована работоспособность ускорителя мощностью в 2 ГэВ, это уже вопрос времени, при исполнении муниципального контракта будут построены ускорители в 10 ГэВ, а это порог который является существенным для рентгеновского анализа в области биологии и химии.

Для генерации быстрых электронов, способных производить такое мощное рентгеновское излучение, Доунер и его коллеги использовали метод ускорения, известный как лазерно-плазменное ускорение. Этот метод включает в себя «стрельбу» короткими, но интенсивными лазерными импульсами в облако газа.
Лазерный импульс приходит сквозь газ и ионизирует его, создавая плазму, и отделяя электроны от ионов фона, и создавая огромные внутренние поля с пространственным зарядом. Далее, заряженные частицы, вылетая из плазмы, попадают в эти внутренние поля, и ускоряются в них почти до скоростей света.

Источник