Tilpasning af speciallys for at reducere partikelacceleratorer

Forskere har udviklet en ny teknik til bedre at måle specielt "terahertz" lys. Dette lys rejser i bølger længere end det infrarøde lys, der er ud over, hvad det menneskelige øje opfatter. Den nye prøvetagningsteknik bevarer korrelationerne mellem position og tid i en puls af terahertz-lys. Teknikken gør det muligt for forskere at måle formen af ​​terahertz "light kugler", fokuserede lysglimt, der er lige så brede som de er lange. Dette hjælper forskerne med at lære, hvordan de kan bruge terahertz-impulser til at forbedre partikelacceleratorer. Partikelacceleratorer hjælper videnskabsmænd med at undersøge nye materialer, proteiner og endda byggestenene i vores univers, og forbedrede acceleratorer vil hjælpe med at fremme industri, medicin og videnskabelig forskning.

Moderne partikelacceleratorfaciliteter kan være enorme. Terahertz-teknologi kan tilbyde en vej til at miniaturisere dem. For eksempel er protonacceleratoren på Spallation Neutron Source, en Department of Energy-brugerfacilitet, tre fodboldbaner lang. Ved at bruge terahertz-lys kunne partikler nå den samme energi på mindre end længden af ​​en endezone. En sådan miniaturisering kunne hjælpe faciliteter med at nå højere energier til nye videnskabelige opdagelser. Dette vil kræve, at forskere lærer mere om terahertz-lysets egenskaber og adfærd. Denne nye måleteknik vil hjælpe med at gøre disse mindre fremtidige acceleratorer mulige.

Forskere ved Oak Ridge National Laboratory, hjemsted for Spallation Neutron Source brugerfaciliteten, undersøger, hvordan man producerer og bruger terahertz-lys til at aktivere partikelacceleratorer ved hjælp af terahertz-teknologi. At lave terahertz-lyskugler med intense lasere er en lovende metode, fordi terahertz-energien er stærkt koncentreret, hvilket skaber meget høje accelererende felter. Ved at udvikle en ny måleteknik har forskere opdaget, at når det fokuserer på sit mål, vil dette terahertz-lys ændre sin form, hvilket muligvis påvirker partikelacceleratorens ydeevne.

Terahertz-lyskuglerne ændrer form, fordi de er opbygget af mange terahertz-frekvenser, svarende til hvordan hvidt lys er lavet af forskellige synlige frekvenser eller farver. Ligesom farverne på hvidt lys kan adskilles for at lave en regnbue, kan farverne på dette terahertz-lys adskilles fra hinanden, når det fokuseres på et mål. Hvis der ikke tages højde for denne adskillelse, fører denne adskillelse til ufuldkommenheder i lysets form og gør det mindre koncentreret, hvilket kan resultere i en svagere partikelacceleration. Men ved at bruge denne nye elektro-optiske prøvetagningsmetode i kombination med modelleringsværktøjer kan disse ufuldkommenheder måles og bruges i design af ny optik for at korrigere terahertz-formen. Med et smart optisk design kan det endda være muligt at forbedre terahertz-formen og forbedre partikelaccelerationen.

Forskningen blev offentliggjort i Physical Review A . + Udforsk yderligere

Lille dobbelt accelerator genbruger energi