- Fysiker vid SLAC National Accelerator Laboratory har just skapat en petawatt-laserstråle med den högsta toppeffekten och strömmen någonsin.
- Denna stråle bildades av ett gäng elektroner som komprimerades och modifierades för att skapa den ultimata energetiska pulsen.
- I framtiden skulle laserstrålar som denna kunna användas som en ljuskälla eller för att studera den tomma rymdens natur genom att slita ut partiklar ur den.
Försök att förstå kraften i 1 miljon kärnkraftverk. Föreställ dig nu att det finns ett sätt att packa in motsvarigheten till det i pulsen hos en laserstråle – även om det bara är för en kvadriljondels sekund.
Från och med nyligen finns det inte längre ett behov av att bara föreställa sig – forskare har gett oss den senaste glimten av vad en petawattlaser (en petawatt motsvarar en kvadriljon watt) är kapabel till. När du har en kvadriljon watt till ditt förfogande kan du skapa de extrema förhållanden som finns djupt inne i planeter eller klyva atomer för att producera gammastrålar. Ett team av forskare vid SLAC National Accelerator Laboratory har just jämnat ut det till en elektronlaserstråle som möjligen skulle kunna strimla materia och slita ut partiklar och antipartiklar ur tomma rymden.
Under ledning av SLAC-acceleratorfysikern Claudio Emma kunde forskargruppen ta många elektroner (en samling som är ungefär en millimeter lång) och accelerera dem till strålar som genererade den högsta strömmen och toppeffekten någonsin.
”Femtosekundskontroll av ultrahöga strömstrålar är ett kraftfullt verktyg för att optimera nästa generations strålinteraktioner som är relevanta inom vetenskapliga discipliner”, skrev teamet i en studie som nyligen publicerades i Physical Review Letters.
Hur gjorde de det? Tänk på partikelacceleratorn som ett flipperspel i flerkulefas, förutom att bollarna är elektroner som rör sig med nästan ljusets hastighet. Istället för ramper och kurvor accelereras elektroner av radiovågor genom en vakuumkammare. Precis som en flipperkula kommer att svänga när den träffar en kurva, så kommer elektroner att ändra riktning när de springer in i ett magnetfält. Om en boll färdas långsammare kommer den att följa kurvan, men ju snabbare en boll rör sig, desto mer av den kurvan kommer den bara att hoppa över. Elektroner i ett magnetfält gör samma sak.
Säg att flipperspelen måste klättra uppför en ramp innan de hamnar i en kurva, förutom att rampen är gjord av radiovågor. Elektronerna framför kommer att färdas längs en mindre brant del av vågen än de i baksidan, vilket innebär att de kommer att anlända till toppen av rampen med mindre energi än de bakom dem. Detta resulterar i ett pip – en signal vars frekvens ökar (upp-chirp) eller minskar (down-chirp) över tiden. I det här fallet ökade det. Och laserpulser kan skapa särskilt snabba kvitter.
När kvittret inträffade komprimerade Emmas team elektronknippet genom att skjuta dem genom en struktur som liknar en bana i ett flipperspel som får bollen att svänga åt vänster och höger. Detta är känt som en chikan. Chikanen i detta experiment använde magneter för att tvinga strålen att svänga, och eftersom elektroner med lägre energi avböjs av magneterna mer än elektroner med högre energi, måste de med lägre energi runda kurvorna mer. Detta gör att de reser längre och längre än de som har högre energi, men fortfarande ligger efter.
Vad chikanen i slutändan gör är att ge de högenergetiska elektronerna en chans att komma ikapp och komprimera hela gänget. Men här tar experimentet en vändning. Att förkorta en massa elektroner kräver ytterligare manipulation, så teamet gick vidare till en undulatormagnet, som använder rader av dipolmagneter som har slutna magnetfält som slingrar sig genom båda ändarna. Dessa magneter fortsätter att växla riktningen som det totala magnetfältet går i, vickar elektronerna fram och tillbaka.
Forskarna använde sedan ett lågenergilaserljus för att skulptera elektronknippet. När elektronerna vickade utbytte de energi med det ljuset, vilket ledde till att ett extra kvitter skapades i mitten. Klungan fortsatte genom ytterligare tre chikaner i detta sofistikerade flipperspel, som växlade mellan acceleration och kompression om och om igen. Det extra pipandet blev mycket mer intensivt och producerade en puls med en sinnessmältande mängd energi.
Och Emma vill inte stanna där. ”Vi genererade 100 kiloamperestrålar, nu är nästa steg att komma till megaamperestrålar”, säger han i ett pressmeddelande. Han ser dessa typer av strålar som en potentiell ljuskälla, tillsammans med potentiellt slitande partiklar ur tomma luften för att undersöka det tomma rummets natur.
Oavsett vad en så här kraftfull elektronstråle kan användas till i framtiden, spelar den verkligen ett elakt flipperspel.
Lämna kommentar