Физики из Немецкого синхротронного центра смогли ужать простейший ускоритель электронов до размеров спичечного коробка, использовав Т-лучи для ускорения частиц до сверхвысоких скоростей, говорится в статье, опубликованной в журнале Optica.
"Электронные пушки используются для получения видеороликов и фотографий с атомным разрешением. Используя подобные миниатюрные электронные пушки, биологи смогут прикоснуться к тайнам работы "живых" машин, в том числе и тех структур, которые отвечают за фотосинтез в растениях. А физики, в свою очередь, смогут лучше понимать то, что происходит с материалами на атомном уровне",
— заявил Франц Кертнер (Franz Kaertner) из Немецкого синхротронного центра DESY в Гамбурге.
Большинство современных ускорителей, кроме их экзотических "кильватерных" и лазерных разновидностей, используют радиоволны для передачи энергии разгоняемым частицам. Очень большая длина волны при этом является одной из причин того, почему современные коллайдеры приближаются по площади к небольшому государству.
Физики из Германского синхротронного центра DESY и их коллеги из Америки под руководством Кертнера пытаются использовать для разгона заряженных частиц другой тип волн – так называемое терагерцовое излучение. В октябре они уже представили первый прототип ускорителя электронов на базе Т-лучей, который смогли ужать до размеров спички, благодаря необычным свойствам этих волн.
Как объясняют ученые, терагерцовые волны занимают промежуточное положение между светом и классическими радиоволнами, обладая положительными чертами тех и других. В частности, они так же легко проникают через материю, как радиоволны, и при этом не ионизирует ее. Это позволяет использовать подобные лучи в качестве безопасной замены для рентгена, как основу для сверхскоростных систем связи и ряда других целей.
Главным достоинством этого излучения в контексте ускорения частиц является то, что длина его волн в тысячу раз короче, чем у тех радиоволн, которые используются в современных ускорителях. Это позволяет, в теории, уменьшить размеры всех компонентов в аналогичное число раз, однако сначала физикам нужно приспособить терагерцовые волны для работы в ускорителях.
Первый "спичечный" ускоритель Кертнера и его коллег обладал миниатюрными размерами, однако "качество" вырабатываемого потока электронов – его кучность и разброс в энергиях частиц – было слишком низким для того, чтобы такие устройства можно было использовать для ведения научных экспериментов.
Поэтому немецкие физики фактически создали полностью новый ускоритель, лишенный этих недостатков, радикально поменяв его конструкцию и изменяв принцип разгона электронов.
"Наше устройство представляет собой тонкую пленку из меди, которая способна вырабатывать электроны, если мы облучаем ее с одной стороны пучками ультрафиолетового излучения. С другой стороны ее бомбардируют импульсы терагерцового лазера, которые движутся к электронам через специальный световод, чье устройство способствовало максимальному взаимодействию электронов с Т-лучами. Высокая плотность электронов и минимальный разброс энергий позволяет уже сейчас использовать этот ускоритель для получения фотографий",
— добавляет Ронни Хуан (Ronny Huang), коллега Кертнера.
По словам разработчиков ускорителя, все это позволяет достичь рекордной скорости ускорения, которая примерно в два раза превосходит показатели самых лучших электронных пушек. Это позволяет использовать подобные "спичечные" ускорители не только для медицинских исследований и материаловедческих экспериментов, но и в качестве "системы зажигания" в мощнейших рентгеновских лазерах, для работы которых нужны крайне кучные и энергетически однородные пучки электронов.