Немецкие физики "ужали" электронную пушку до размеров коробка
Физики из Немецкого синхротронного центра смогли ужать простейший ускоритель электронов до размеров спичечного коробка, использовав Т-лучи для ускорения частиц до сверхвысоких скоростей, говорится в статье, опубликованной в журнале Optica.
"Электронные пушки используются для получения видеороликов и фотографий с атомным разрешением. Используя подобные миниатюрные электронные пушки, биологи смогут прикоснуться к тайнам работы "живых" машин, в том числе и тех структур, которые отвечают за фотосинтез в растениях. А физики, в свою очередь, смогут лучше понимать то, что происходит с материалами на атомном уровне", - заявил Франц Кертнер (Franz Kaertner) из Немецкого синхротронного центра DESY в Гамбурге (Германия).
Большинство современных ускорителей частиц, помимо их экзотических "кильватерных" и лазерных разновидностей, используют радиоволны для передачи энергии разгоняемым частицам. Очень большая длина волны у радиоволн является одной из причин того, почему современные коллайдеры приближаются по площади к небольшому государству.
Физики из Германского синхротронного центра DESY и их коллеги из Америки под руководством Кертнера пытаются использовать другой тип волн - так называемое терагерцовое излучение - для разгона заряженных частиц. В октябре они уже представили первый прототип ускорителя электронов на базе Т-лучей, который они смогли ужать до размеров спички благодаря необычным свойствам этих волн.
Как объясняют ученые, терагерцовые волны занимают промежуточное положение между светом и классическими радиоволнами, обладая положительными чертами и тех и других. В частности, они так же легко проникают через материю, как и радиоволны, и при этом не ионизирует ее. Это позволяет использовать подобные лучи в качестве безопасной замены для рентгена, в качестве основы для сверхскоростных систем связи и ряда других целей.
Главной положительной чертой этого излучения в контексте ускорения частиц является то, что длина его волн в тысячу раз короче, чем у тех радиоволн, которые используются в современных ускорителях. Это позволяет, в теории, уменьшить размеры всех компонентов ускорителя в аналогичное число раз, однако сначала физикам нужно приспособить терагерцовые волны для работы в ускорителях.
Первый "спичечный" ускоритель Кертнера и его коллег обладал миниатюрными размерами, однако "качество" вырабатываемого им потока электронов - его кучность и разброс в энергиях частиц - было слишком низким для того, чтобы такие устройства можно было использовать для ведения научных экспериментов.
Поэтому немецкие физики фактически создали полностью новый ускоритель такого типа, лишенный этих недостатков, радикально поменяв его конструкцию и поменяв принцип разгона электронов.
"Наше устройство представляет собой тонкую пленку из меди, которая способна вырабатывать электроны, если мы облучаем ее с одной стороны пучками ультрафиолетового излучения. С другой стороны ее бомбардируют импульсы терагерцового лазера, которые движутся к электронам через специальный световод, чье устройство способствовало максимальному взаимодействию электронов с Т-лучами. Высокая плотность электронов и минимальный разброс энергий позвоялет уже сейчас использовать этот ускоритель для получения фотографий", - добавляет Ронни Хуан (Ronny Huang), коллега Кертнера.
По словам разработчиков ускорителя, все это позволяет ему достичь рекордной скорости ускорения, которая примерно в два раза превосходит показатели самых лучших электронных пушек современности. Это позволяет использовать подобные "спичечные" ускорители не только для медицинских исследований и материаловедческих экспериментов, но и в качестве "системы зажигания" в мощнейших рентгеновских лазерах, для работы которых нужны крайне кучные и энергетически однородные пучки электронов.
