Фізики з Національної прискорювальної лабораторії SLAC у США побили рекорд за найпотужнішим пучком електронів, стиснувши надвисокий струм приблизно в 100 000 ампер в одну мить.
Завдяки полю, що в п’ять разів перевищує силу полів, які можна було досягти раніше, приголомшлива кількість енергії в електричному полі пучка на лінійному прискорювачі FACET-II в SLAC може розширити межі експериментів, що веде до нових відкриттів у всьому – від астрофізики до матеріалознавства.
Нова техніка команди для спрямування міліметрових ланцюжків електронів уздовж магнітної доріжки дозволяє стискати їх у фотозавершення, яке забезпечує понад петават потужності за одну мільйонну частку секунди.
Прискорювачі частинок є життєво важливим інструментом для фізиків майже століття, використовуючи коливальні електромагнітні поля для розгону заряджених частинок до швидкостей, які майже досягають швидкості світла.
Коли частинки змінюють напрямок, їхнє поле випромінює високоенергетичні рентгенівські фотони, які можуть освітлювати матеріали для отримання зображень високої роздільної здатності.
Якщо перед цим пучком розташувати ще одну стіну електромагнітного поля, енергія від зіткнення полів може викликати появу нових частинок із квантової піни.
Щоб створювати інтенсивніші спалахи світла або потужніші зіткнення, потрібна більша енергія – або шляхом розгону частинок до ще вищих швидкостей, або забезпечення вивільнення всієї їхньої енергії за коротший проміжок часу.
Оскільки електрони вже рухаються з максимально можливою швидкістю, збільшити її не вдасться. З тієї ж причини не можна просто змусити електрони, які знаходяться позаду, “наступити на газ” і наздогнати передніх.
Але є ще один метод. Хоча всі електрони рухаються з однаковою швидкістю, вони розподілені вздовж схилу електромагнітної хвилі – одні перебувають “внизу”, а інші “вгорі”.
Електрони у верхній частині хвилі мають більше енергії при маневруванні. Щоб змусити ті, що знизу, трохи сповільнитися, дослідники застосували спеціальну техніку.
Відхиляючи частинки залежно від їхнього рівня енергії, можна згрупувати їх так, щоб вони створювали потужніші імпульси.
Проте є проблема – кожен маневр змушує електрони втрачати енергію у вигляді високоенергетичних рентгенівських фотонів.
Щоб компенсувати ці втрати, команда використала додатковий магнітний пристрій – ондулятор, що змушує електрони коливатися в іншому напрямку. Водночас був доданий лазерний спалах, який контролював розподіл електронів.
Ця комбінація допомогла замістити втрачену енергію, змусивши частину електронів зосередитися в просторі менше ніж у третину мікрометра.
У підсумку дослідники створили справжню “блискавку в пляшці” – технологію, яка в майбутньому може бути вдосконалена для ще ефективнішого стиснення високоенергетичних електронів.