Лазерный тандем объединит кильватерные ускорители электронов в коллайдер
Ученые из университета Беркли создали установку по одновременному управлению двумя лазерными кильватерными ускорителями, которая позволит «доразгонять» ускоряемые электроны и сталкивать их друг с другом.
Традиционные ускорители элементарных частиц не могут воздействовать на них электрическим полем, превосходящим несколько десятков мегавольт на метр. Этот предел является одной из причин гигантских размеров современных ускорителей: при его превышении неизбежно происходит электрический пробой конструкций.
Создание ускоряющих полей в плазме, состоящей из свободных электронов и ионов, способно избежать ограничений, связанных с электрической прочностью. Без поддержки электрические поля в ней быстро затухают, но их «мгновенная» интенсивность не ограничена практически ничем — в плазме «все, что можно, уже пробито». Рецепт применения гигантских электрических полей в плазме — использование разделения электрических зарядов до того, как они успеют сместиться и компенсировать возникшее между ними электрическое поле.
Лазерное ускорение элементарных частиц основано на разделении зарядов в плазме под действием сверхмощных фемтосекундных лазерных импульсов. Фемтосекунда — одна миллиардная миллионной доли секунды, и длина типичного импульса продолжительностью десятки фемтосекунд составляет несколько микрометров.
Электроны гораздо легче протонов и атомных ядер, и быстрее реагируют на электромагнитные поля. Попадая в плазму, лазерный импульс буквально «разбрасывает» электроны со своего пути. Образуется положительно заряженный «пузырь» с избытком ионов, который притягивает разлетевшиеся электроны обратно. За пузырем они сходятся, создавая область очень плотного отрицательного заряда.
Этот пузырь, как и волны заряда за ним, движется по плазме вслед за лазерным импульсом со скоростью, близкой к световой. Электрическое поле между пузырем и его «кильватером» может достигать сотни гигавольт на метр, и электроны, оказавшиеся в пузыре, «катятся» по электрическому полю, отталкиваясь от отрицательного заряда, как сёрферы от океанской волны.
Существует множество схем плазменного ускорения, использующих лазерные импульсы, пучки заряженных частиц и их комбинации. Кильватерные ускорители уже способны разгонять электроны до нескольких гигаэлектронвольт в настольных установках, которые в сотни раз меньше и намного дешевле традиционных линейных ускорителей.
Но плазменное ускорение обладает «встроенными» недостатками. Процесс по своей природе «сверхбыстротечен», а область ускорения обычно не превосходит сантиметров в длину — дальше лазерный импульс в плазме рассеивается. Ускоренные электроны имеют сильный разброс по энергиям и направлениям полета, а для исследований физики элементарных частиц требуется гораздо более точный контроль их параметров.
Совершенствованием лазерного ускорения занялись сотрудники центра BELLA (Berkeley Lab Laser Accelerator Center) Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) во главе с Эриком Эсари (Eric Esarey). Основной установкой их лаборатории является импульсный лазер петаваттной пиковой мощности (один петаватт равен миллиарду мегаватт). В новом пресс-релизе исследователи рассказали о модернизации установок по управлению лучом и завершении строительства второй линии подачи луча, которая использует часть импульса от основного лазера.
Вторая линия станет независимым источником импульсов, параметрами которых можно управлять в широких пределах. Использование импульса одного и того же лазера нужно, чтобы точнее синхронизировать работу импульсов. Запустить два отдельных лазера, соблюдая интервал с фемтосекундной точностью, очень трудно, зато задержкой между двумя частями одного и того же импульса можно управлять гораздо точнее, что и обеспечивает вторая линия.
Таким образом, вместо одного лазерного ускорителя лаборатория теперь располагает двумя, которые можно настраивать комбинировать друг с другом практически любым образом. Модернизация позволяет независимо управлять продолжительностью и длительностью каждого импульса, и интервалом между ними. Кроме того, в обе линии были добавлены зеркала с деформируемой поверхностью, позволяющие точно настраивать фокусировку лазерных импульсов.
Ученые надеются, что модернизация позволит им собрать плазменные ускорители в тандем, а так же построить из них коллайдер. В первом случае задача — подхватить сгусток электронов, вылетающий из одного плазменного канала, и ускорить его во втором канале. При этом параметры импульсов требуется подобрать так, чтобы не допустить рассеяния электронов. Во втором случае электроны будут лететь навстречу друг другу, а контроль траектории «пузырьков» с точностью до фемтосекунд и микрометров не даст их сгусткам промахнуться мимо друг друга в пространстве и времени.
Если эти задачи удастся решить для лазерных ускорителей — со временем они смогут стать компактной альтернативой некоторым разновидностям гигантских коллайдеров.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии