一个微小的粒子加速器刚刚实现了重要的能源里程碑

粒子加速器在科学研究中非常有用,但是——就像大型强子对撞机(大型强子对撞机) – 通常占用大量空间。德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas in Austin)开发的一个非凡的新系统可以改变这一点。

在实验中,研究人员能够使用他们的粒子加速器来产生电子束在仅 10 厘米(4 英寸)的腔室中具有 100 亿电子伏特 (10 GeV) 的能量。

整个仪器从头到尾的长度为 20 米(66 英尺)。相比之下,其他粒子加速器可以产生 10 个 GeV 光束的长度约为 3 公里(近 2 英里),大约是其长度的 150 倍。

如此显著地减小系统尺寸的关键是将高能量、超短的结合激光脉冲用氦气撒上铝纳米颗粒。

这些粒子增强了激光从纳米粒子中剥离的电子的能量,这些电子被推到激光的边缘,在那里它们像冲浪者在湖上划船一样驾驭激光诱导的等离子体波。

虽然这些波浪的强度通常是压倒性的——就像摩托艇压倒船只留下的波浪一样——但纳米颗粒提供了更多的稳定性,并允许系统缩小。

粒子加速器的完整设置,包括激光器。(Aniculaesei 等人,极端情况下的物质和辐射, 2023)

“在我们的加速器中,相当于摩托艇是纳米粒子,它们在正确的点和正确的时间释放电子,所以它们都坐在波浪中,”来自德克萨斯大学奥斯汀分校的物理学家 Bjorn Hegelich。

“我们在我们希望它们所在的时间和地点获得更多的电子进入波中,而不是在整个相互作用中统计分布,这是我们的秘密武器。

这种类型的粒子加速器,使用激光产生等离子体波,称为韦克菲尔德激光加速器.该团队表示,他们的高级版本可能有助于研究半导体,测试太空设备以及开发癌症疗法。

所有这一切都是可能的,因为这些仪器将电子(因此得名)加速到高速,产生电磁辐射的高能波,例如可用于成像分子尺度过程的 X 射线。

气室的不同组件。(Aniculaesei 等人,极端情况下的物质和辐射, 2023)

研究人员期待进一步开发该系统,但关于电子、激光和等离子体之间的相互作用还有很多我们不完全了解的问题。换句话说,未来还有很多令人兴奋的科学发现。

“目前,对于产生如此高的电子能量,我们还没有一个令人满意的模型或实验解释。研究人员在他们发表的论文中。

“目前正在研究各种理论情景,如果相关,将成为未来出版物的主题。

该研究已发表在极端情况下的物质和辐射.

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