Настольный ускоритель частиц: новая глава в физике

Физики из Университета штата Техас в Остине создали «настольный» ускоритель частиц, который может генерировать частицы с энергией и скоростью, доступными ранее только на огромных установках в сотни метров в длину и стоимостью сотни миллионов долларов. Уникальный настольный ускоритель частиц открывает широкие возможности для научных исследований, которые ранее были ограничены в средствах. Теперь ученые смогут проверять даже самые «безумные» теории, в то время как раньше «протащить» их к экспериментам на дорогостоящих установках было сложно по причине очереди из более «серьезных» исследований.

Настольный ускоритель нельзя просто унести с собой – он требует немаленького петаваттного лазера, но по сравнению с гигантскими современными ускорителями частиц, техасская установка действительно очень компактная

Новый лазерный плазменный ускоритель уже продемонстрировал возможности разгона полумиллиарда электронов с энергией 2 ГэВ на расстояние около 2,5 см. До сих пор такую энергию можно было получить с помощью ускорителя длиннее двух футбольных полей. Выходит, что ученым и инженерам удалось сократить размер научного инструмента в 10 тыс. раз. Более того, разработчики уверены, что в течение нескольких лет удастся повысить характеристики настольного ускорителя: энергию до 10 ГэВ, а дальность ускорения до нескольких сантиметров. Ну а в течение ближайших десяти лет: до 20 ГэВ.

Но и нынешний настольный ускоритель обладает большими возможностями. Так, электроны с энергией 2 ГэВ могут генерировать жесткое рентгеновское излучение, которое можно использовать для накачки рентгеновского лазера на свободных электронах.

Кроме того, настольный рентгеновский лазер станет настоящим подарком для химиков и биологов, которые смогут использовать его для изучения на молекулярном и атомном уровне материи и жизни, причем с фемтосекундным разрешением.

Новый тип ускорителя генерирует быстрые электроны с помощью лазерно-плазменного ускорения. Эта технология основана на облучении облака газа короткими, но очень мощными лазерными импульсами. Лазерный импульс проходит расстояние около 2,5 см в строго определенным образом сформированном облаке газа, ионизирует газ и отделяет электроны от ионов. В результате создаются мощные скачки электронов, и электроны летят вдоль лазерного луча почти со скоростью света.

Концепция данной технологии зародилась еще в конце 1970-х годов, а ученые стали с ней экспериментировать с начала 1990-х годов. Но до сих пор эксперименты упирались в барьер мощности лазеров – не удавалось перейти барьер в 1 ГэВ. Преодолеть его удалось с помощью петаваттного лазера Texas Petawatt Laser.