Теперь исследователи из Индии и Южной Кореи предложили новый способ улучшить качество луча лазерных ускорителей кильватерного поля, которые иногда называют настольными ускорителями, потому что они могут поместиться на стандартном лабораторном столе. Поскольку лазерные ускорители с активным возбуждением составляют лишь часть размера и стоимости обычных ускорителей, они могут принести эксперименты по физике высоких энергий большему количеству лабораторий и университетов и производить заряженные частицы для лечения.
Улучшение качества луча может повысить эффективность устройств.Исследователи описывают свой метод в статье в Journal of Applied Physics от AIP Publishing.Обычные ускорители частиц используют электрические поля или радиоволны для ускорения сгустков заряженных частиц. Лазерные ускорители кильватерного поля работают по совершенно иному принципу.
Лазер в лазерном ускорителе кильватерного поля посылает импульс через диффузную плазму. Плазма — это состояние вещества, которое содержит положительные ионы и свободные электроны. Лазерный импульс возбуждает волны в плазме.
Волны, в свою очередь, создают электрическое поле, также известное как лазерное кильватерное поле, которое захватывает электроны и ускоряет их до уровней энергии порядка гигаэлектронвольт. Для сравнения: LHC, самый мощный в мире ускоритель частиц, может ускорять частицы до уровней энергии тераэлектронвольт (1000 гигаэлектронвольт).
Исследовательская группа из Индии и Южной Кореи определила метод, который, по их мнению, может увеличить количество электронов, захваченных после лазерного импульса, и, следовательно, улучшить качество луча лазерных ускорителей кильватерного поля.Открытие может улучшить технологию для будущих ускорителей, сказал Девки Нандан Гупта, физик из Университета Дели в Индии и член команды.
Помимо электрического поля взаимодействия плазмы с лазером могут создавать магнитное поле. Когда лазерный импульс распространяется через плазму, электрическое поле лазерного импульса толкает электроны. Если в импульсе есть чистый электронный ток, он генерирует магнитное поле.
Гупта и его коллеги проанализировали динамику лазерной плазмы с помощью компьютерного моделирования 2D и обнаружили, что если плотность плазмы меняется и если лазерный импульс сжимается на фронте, так что он становится асимметричным, оба фактора создают большее магнитное поле.«Наше исследование может быть полезным для улучшения качества луча лазерных ускорителей кильватерного поля», — сказал Гупта. «Самогенерируемое магнитное поле искривляет траекторию уходящих электронов в сторону плазменного следа, следовательно, общее количество захваченных заряженных частиц в плазменном следе увеличивается, и, следовательно, общий заряд в ускоренном сгустке при ускорении лазерного кильватерного поля увеличивается».
Плазменным ускорителям требуется примерно в 1000 раз меньшее расстояние, чем стандартным ускорителям частиц, чтобы достичь сопоставимого уровня энергии частиц. Однако технология все еще находится в стадии разработки. Экспериментальные плазменные ускорители были построены в некоторых национальных лабораториях и университетах, и технология продолжает совершенствоваться.
Гупта и его коллеги надеются, что их работа поможет создать плазменные ускорители следующего поколения. «Следующим шагом будет обоснование этих результатов в трехмерной геометрии. Конечно, мы можем подумать о том, чтобы проверить эти результаты экспериментально и в будущем», — сказал он.