Лазерный мир

Физики из США впервые смогли успешно объединить два «настольных» лазерных ускорителя частиц, что открывает дорогу для создания сверхмощных и очень компактных физических ускорителей, способных соперничать с БАК в мощности, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

В начале 1980 годов физики нашли потенциальный способ уменьшить размеры современных ускорителей частиц, по площади приближающихся к микрогосударствам. Они выяснили, что частицы можно разгонять при помощи лазера, превращающего небольшие сгустки материи в плазму и выбивающего из нее электроны.

Уим Лиманс (Wim Leemans) из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) и его коллеги отмечают, что такие компактные ускорители обладают внушительной для своих размеров мощностью – 2-5 ГэВ, которая, однако, несопоставима с мощностью БАК и прочих крупных ускорителей, способных разгонять частицы в тысячи раз сильнее.

Первые подобные устройства появились в 2014 и 2015 годах, и перед физиками сразу стала проблема – как можно объединить подобные ускорители в единую цепочку, электроны в которой будут последовательно ускоряться до все больших энергий.

Трудности с подобным объединением заключаются в том, что импульсы лазера и пучки электронов должны попадать в облако плазмы в очень точно выверенные промежутки времени для того, чтобы заставить ускоряемые частицы двигаться в одном направлении с примерно одинаковой скоростью и энергией.

Решить эту проблему Лимансу и его коллегам неожиданно помогла самая обыденная вещь – пленка от VHS-видеокассеты, которая, как оказалось, может играть роль своеобразного «плазменного зеркала», пропускающего через себя ускоряемые электроны, но не пропускающего дальше пучок лазерного излучения и прочие «побочные продукты» процесса ускорения.

С обратной стороны «зеркала» по нему бьет лазерный луч, отражающийся от его поверхности и придающий дополнительное ускорение электронам в плазменном блоке во втором лазерном ускорителе. В момент разгона пленка, как можно догадаться, уничтожается, и авторы статьи решили эту проблему очень просто, проматывая кассету по мере работе ускорителя.

Результаты этого опыта пока достаточно скромные – ученым удалось ускорить пучок частиц лишь на 100 мегаэлектронвольт внутри второго блока ускорителя, что примерно равно энергии электронов, выходящих из первого узла устройства. Тем не менее, авторы статьи обнадежены этим результатом, так как он показывает, что эта идея работает.

По их расчетам, лазерный ускоритель, сопоставимый по мощности с БАК, будет обладать длиной в несколько сот метров. Сейчас Лиманс и его коллеги экспериментируют с мощнейшим лазером BELLA в лаборатории в Беркли, который, как они надеются, поможет им достичь рекордного для таких систем разгона в 10 ГэВ на базе того же двухмодульного ускорителя. Лазерно-плазменный ускоритель представляет собой небольшую емкость, в центре которой находится облако из плазмы, представляющее собой набор из подвижных электронов и относительно малоподвижных ионов. Если по такому облаку ударить пучком электронов, то в той области, куда они попадут, появится сильное электрическое поле, чья напряженность на порядки выше того, которого можно достичь на БАК или в других обычных ускорителях. И если в это поле попадает электрон или другая частица, то тогда она разгоняется до сверхвысоких значений за доли секунды. Физики называют такой способ разгона частиц «кильватерным ускорением» из-за того, что разгоняемые частицы ускоряют свой бег, используя «кильватерные» волны, порождаемые в плазме первым пучком электронов.

Источник: https://ria.ru/20160201/1368403919.html