Verdensrekordacceleration:Nul til 7,8 milliarder elektronvolt i 8 tommer

For at forstå det universelle grundlæggende natur, forskere vil gerne bygge partikelkolliderer, der accelererer elektroner og deres antimateriale modparter (positroner) til ekstreme energier (op til tera -elektronvolt, eller TeV). Med konventionel teknologi, imidlertid, dette kræver en maskine, der er enormt stor og dyr (tænk 32 km). For at skrumpe størrelsen og prisen på disse maskiner, partikelernes acceleration - hvor meget energi de får i en given afstand - skal øges.

Det er her, plasmafysik kan have en dramatisk indvirkning:en bølge af ladede partikler - en plasmabølge - kan give denne acceleration gennem sit elektriske felt. I en laserplasma -accelerator, intense laserpulser bruges til at skabe en plasmabølge med elektriske felter, der kan være tusindvis af gange stærkere end dem, der kan opnås i konventionelle acceleratorer.

For nylig, holdet på Berkeley Labs BELLA Center fordobler den tidligere verdensrekord for energi produceret af laserplasma -acceleratorer, generere elektronstråler med energier op til 7,8 milliarder elektronvolt (GeV) i et 8 tommer langt plasma (20 cm). Dette ville kræve omkring 300 fod (91 m) ved hjælp af konventionel teknologi.

Forskerne opnåede denne bedrift ved at modvirke den naturlige spredning af laserpulsen ved hjælp af en ny type plasma -bølgeleder. I denne bølgeleder, en elektrisk udladning udløses i et safirrør fyldt med gas for at danne et plasma, og en "varmelegeme" laserpuls borer noget af plasmaet ud i midten, gør det mindre tæt, så det fokuserer laserlyset (figur 1). Plasmakanalen er stærk nok til at holde de fokuserede laserpulser godt begrænset over 8-tommer acceleratorlængden.

"Varmerstrålen tillod os at kontrollere udbredelsen af ​​driverens laserpuls, "sagde Dr. Anthony Gonsalves." De næste forsøg har til formål at opnå præcisionskontrol over elektroninjektion i plasmabølgen for at opnå en hidtil uset strålekvalitet, og at koble flere faser sammen for at demonstrere vejen til endnu højere energi. "

At få den næste generation af elektron-positron-kolliderer til TeV-energier vil kræve at forbinde en række laserplasmacceleratorer, med hvert trin, der giver partiklerne et energiboost. Berkeley Lab -præstationen er spændende, fordi 7,8 GeV handler om den energi, der er nødvendig for, at disse faser er effektive.