Физики надеются, что метод ускорения лазерной плазмы приведет к созданию нового поколения мощных и компактных ускорителей частиц, обладающих уникальными свойствами для широкого спектра применений. В этом методе лазер или луч энергичных частиц создают плазменную волну внутри тонкого капилляра. Плазма – это газ, в котором молекулы газа лишены своих электронов.
LUX использует водород в качестве газа.
«Лазерные импульсы прокладывают себе путь через газ в виде узких дисков, отрывая электроны от молекул водорода и сметая их, как снегоочиститель», – объясняет Майер, работающий в Центре лазерных наук на свободных электронах (CFEL). ), совместное предприятие DESY, Гамбургского университета и Общества Макса Планка. "Электроны после импульса ускоряются положительно заряженной плазменной волной перед ними – так же, как вейкбордер едет на волне за кормой лодки."
Это явление позволяет ускорителям лазерной плазмы достигать силы ускорения, которая в тысячу раз превышает то, что может дать самые мощные современные машины. Плазменные ускорители позволят создать более компактные и мощные системы для широкого спектра применений, от фундаментальных исследований до медицины.
Прежде чем эти устройства можно будет использовать на практике, необходимо решить ряд технических проблем. «Теперь, когда мы можем эксплуатировать наш луч в течение продолжительных периодов времени, мы будем в лучшем положении для решения этих проблем», – объясняет Майер.
Во время рекордной безостановочной работы физики разогнали более 100000 электронных сгустков, по одному в секунду. Благодаря этому большому набору данных свойства ускорителя, лазера и сгустков можно сопоставить и проанализировать гораздо точнее. «Нежелательные изменения в электронном пучке можно проследить до определенных точек в лазере, например, так что теперь мы точно знаем, с чего нам нужно начать, чтобы получить еще лучший пучок частиц», – говорит Майер. «Этот подход закладывает основы для активной стабилизации пучков, такой, какой используется на всех высокопроизводительных ускорителях в мире», – объясняет Лиманс.
По словам Майера, ключом к успеху было сочетание опыта из двух разных областей: плазменное ускорение и ноу-хау в стабильной работе ускорителя.«Оба доступны в DESY, который не имеет аналогов в мире в этом отношении», – подчеркивает Майер. По его словам, стабильной долгосрочной работе ускорителя способствовало множество факторов: от вакуумных технологий и лазерной экспертизы до комплексной и сложной системы управления. «В принципе, система могла бы работать еще дольше, но мы остановили ее через 30 часов», – сообщает Майер. «С тех пор мы повторили такие прогоны еще три раза."
«Эта работа демонстрирует, что лазерные плазменные ускорители могут генерировать воспроизводимый и контролируемый выходной сигнал.
Это обеспечивает конкретную основу для дальнейшего развития этой технологии с целью создания будущих источников света на основе ускорителей в DESY и других местах », – резюмирует Лиманс.