Сгустки создавались путем фокусировки мощного лазерного импульса в сверхзвуковую струю газообразного гелия. Эти «пули» заряженных частиц имеют длину, равную одной 300 ширины волоса, и движутся со скоростью, близкой к скорости света. Они также в 10 раз короче, чем получаемые на обычных ускорителях.
Исследовательская группа Стратклайда возглавляет усилия по использованию плазмы, вездесущей среды, из которой состоит большая часть Вселенной, для достижения значительного научного прорыва. Работа является частью проекта ALPHA-X (Advanced Laser-based Accelerators to X-ray), возглавляемого профессором Дино Ярошински из Департамента физики Стратклайда, целью которого является создание первого настольного аттосекундного когерентного источника рентгеновского излучения.Исследование было опубликовано в New Journal of Physics.
Профессор Ярошинский сказал: «Плазма — это полностью разрушенная материя, которая разделяется на положительно заряженные ионы и очень легкие и подвижные электроны, которые легко реагируют на лазерные поля.«Это новое исследование основано на более ранних результатах проекта ALPHA-X, в котором плазменные волны, управляемые лазером, используются для ускорения электронов до высоких энергий, почти так же, как серфер получает импульс от морской волны и в конечном итоге выходит наружу. -сёрфинг на волне.«Потребовалось 10 лет с момента первой публикации ALPHA-X того, что стало известно как« Луч мечты »в Nature, чтобы произвести и измерить эти ультракороткие электронные сгустки».Одна из проблем, с которыми столкнулись профессор Ярошинский и его команда, заключалась в измерении длительности очень коротких электронных сгустков от лазерного ускорителя кильватерного поля.
Пропуская электронный сгусток через ультратонкую алюминиевую фольгу и измеряя спектр света, излучаемого фольгой при прохождении через нее электронов, они установили, что продолжительность электронного сгустка была намного короче, чем предполагалось изначально. Свет, излучаемый фольгой, известен как излучение когерентного перехода (CTR), которое испускается, когда электроны в фольге "толкаются" электростатическим полем электронного сгустка, когда они проходят мимо.Чтобы решить загадку, почему электронные сгустки такие короткие, исследователи разработали новую теорию, объясняющую, почему электроны плазмы лишь на короткое время вводятся в ускоритель.
Они показали, что потоки электронов, пересекающие заднюю часть « пузыря » ускорителя, вызывают накопление заряда в этой области, которое сталкивает электроны с ускорителем, точно так же, как группа лыжников могла внезапно обнаружить снежных магнатов, растущих в высоту. на короткое время, отвлекая некоторых лыжников, собравшихся вместе, в то время как другие могут пройти.Профессор Ярошинский сказал: «Взаимодействие мощных лазерных импульсов с веществом открывает возможности для исследования новой физики и разработки очень компактных ускорителей и источников рентгеновского излучения.
«Недавно опубликованные результаты важны для разработки нового поколения компактных источников рентгеновского излучения аттосекундной длительности, которые будут чрезвычайно полезны для ученых и промышленников, исследующих структуру материи во временных масштабах колебаний молекул и движения электронов в атомах и молекулах. Это новый инструмент для исследования может оказать значительное влияние на науку ».