Физики установили мировой рекорд для компактного ускорения частиц

Физики из Калифорнии установили мировой рекорд для компактного ускорителя частиц, разогнав с помощью лазера до высоких энергий субатомные частицы (электроны). Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.

Для разгона частиц физики из Беркли использовали петаваттный лазер BELLA (Berkeley Lab Laser Accelerator). Это позволяет, по словам исследователей, значительно сократить длину ускорителя. Сам лазер славится своей точностью: он способен попасть в отверстие диаметром 500 микрометров с расстояния около 14 метров.

Для разгона частиц (электронов) физики использовали трубку длиной девять сантиметров, внутри которой находилась плазма — вещество, полностью или частично состоящее из ионизированного газа.

В трубке частицы на таком небольшом расстоянии разгонялись до энергий в 4,25 гигаэлектронвольта. Для этого обычному ускорителю потребовались бы длины, в примерно в тысячу раз большие.

Именно поэтому ученые говорят о своих результатах как о новом рекорде. Для сравнения: длина основного кольца Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе равна примерно 27 километрам.

В БАКе разгон частиц достигается при помощи системы электрических полей внутри металлических полостей. Такая методика, однако, позволяет ускорять частицы только до ста мегаэлектронвольт на каждый метр.


Этот результат требует утонченного контроля лазера и плазмы, — сообщил один из авторов исследования доктор Вим Лиманс.

Ускорение частиц при помощи лазера предполагает использование совершенно других принципов. В этом случае лазерный импульс вводится в тонкую трубку, внутри которой содержится плазма. В такой трубке световые волны заставляют частицы плазмы (прежде всего, электроны) ускоряться до высоких энергий. Ученые сравнивают это с набором серфингистом скорости при движении по волне.

Для еще большего разгона частиц специалистам предстоит более точно контролировать плотность плазменного канала, на который действует лазер. Как показало компьютерное моделирование, даже небольшие изменения в параметрах канала и лазерного излучения способны создать заметные возмущения в исходящем потоке электронов.