Araştırmacılar, milyarlarca elektronu sıkıştırmak için lazerleri titizlikle düzenleyerek daha önce elde edilenden beş kat daha güçlü bir ışın üretti. SLAC‘taki araştırmacılar, daha önce elde edilenden beş kat daha büyük bir tepe akımına sahip ultra kısa bir elektron ışını üreterek hızlandırıcı fiziğinde önemli bir kilometre taşına ulaştı. Lazer tabanlı bir teknolojide ustalaşan araştırmacılar, elektronları son derece küçük bir hacimde yoğunlaştırırken ışın bütünlüğünü de koruyarak bu disiplinde süregelen bir engeli aşmış oldular. Bu ilerleme, kuantum fiziği, malzeme bilimi ve yıldız benzeri filamentlerin laboratuvarda yeniden yaratılması da dahil olmak üzere astrofizikteki fenomenlerin araştırılmasında benzersiz bir doğruluk sağlıyor. Işının gücü ve uyarlanabilirliği şimdiden yeni araştırmaları ateşliyor ve deneysel fizikte ulaşılabileceklerin sınırlarını genişletiyor.
SLAC Rekor Kıran Mikronaltı Elektron Işını Oluşturdu
SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar, Dünya’da kendi türünde daha önceki herhangi bir ışının tepe akımının beş katını sergileyen ultra kısa bir elektron ışını geliştirdiler.
PRL’de yayınlanan bir raporda özetlenen bu gelişme, parçacık hızlandırıcı ve ışın fiziğindeki önemli bir zorluğu ele alıyor: kaliteyi korurken yüksek güçlü elektron ışınları üretmek. Ayrıca kuantum kimyası, astrofizik ve malzeme bilimi gibi diğer disiplinlerdeki araştırmalar için de yeni fırsatlar yaratıyor.
Enerji Bakanlığı SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda çalışan bir bilim insanı, SLAC’ın Gelişmiş Hızlandırıcı Deneysel Testler Tesisi’nde (FACET-II) bir araştırmacı olan Claudio Emma, “Oldukça güçlü bir elektron ışını üretebilir ve üzerinde özelleştirilebilir, isteğe bağlı kontrol uygulayabiliriz, bu da daha önce mümkün olandan daha geniş bir fiziksel ve kimyasal fenomen yelpazesini araştırmamızı sağlar” dedi.
Hızlandırıcı ve Işın Fiziği Yol Haritası (2022), bu alandaki temel hedefin hem çok güçlü hem de titizlikle düzenlenmiş elektron ışınları yaratmak olduğunu vurgulamaktadır. Şimdiye kadar, bir ışının gücünün artırılması sıklıkla kalitesinin bozulmasına neden oluyordu ve bu da çok sayıda sofistike çalışmadaki ilerlemeleri kısıtlayan bir uzlaşmaydı.
Elektron ışınını sıkıştırmak ve yoğunlaştırmak için rutin olarak bir mikrodalga alanı kullanılır.
Alandaki elektronlar, daha geride konumlandırılanlar öndekilerden daha büyük enerjiye sahip olacak şekilde düzenlenir. Emma, bunun bir pist yarışının başlangıcında aralıklarla yerleştirilmiş koşuculara benzediğini açıkladı. “Daha sonra onları bir eğri etrafında yönlendirerek arkadaki elektronların öndekilerle birleşmesini sağlıyoruz ve sonuçta konsantre bir elektron demeti elde ediyoruz.”
Bu strateji sorunludur çünkü elektronlar hızlandıkça radyasyon yayar ve enerji kaybeder, bu da ışın kalitesinde düşüşe neden olur. Bu da ışın enerjisi ve kalitesi arasında bir denge kuruyor. Emma, “Geleneksel yöntemler, ışın kalitesinden ödün vermeden mikron altı ölçekte elektron demetlerini sıkıştırmak için kullanılamaz” dedi.
Bu sorunu çözmek için SLAC araştırmacıları, SLAC’ın Linac Coherent Light Source (LCLS) dahil olmak üzere X-ışını serbest elektron lazerleri için geliştirilen lazer tabanlı bir şekillendirme yöntemi kullanarak milyarlarca elektronu bir mikrometreden daha kısa bir uzunlukta yoğunlaştırdı. Emma, “Lazer kullanmanın birincil avantajı, mikrodalga alanlarla elde edilebilecek olandan çok daha hassas bir enerji modülasyonu uygulama yeteneğidir” dedi.
Ancak bu sadece birkaç lazeri bir tüpe yönlendirmekten ibaret değil. “Lazerin ilk 10 metre içinde ışınla etkileşime girdiği bir kilometre uzunluğunda bir makineye sahibiz. Hassas bir şekillendirme elde etmek, daha sonra bu modülasyondan ödün vermeden ışını bir kilometre daha taşımak ve ardından sıkıştırmak zorunludur” dedi. “Bu çok zordu.”
Aylar süren deneylerin ve lazer şekillendirme tekniklerinin geliştirilmesinin ardından Emma ve meslektaşları artık petawatt tepe gücüne sahip yüksek enerjili, femtosaniye süreli elektron ışınlarını tutarlı bir şekilde üretebiliyor ve daha önce elde edilenden yaklaşık beş kat daha fazla akım elde edebiliyor.
Bu yeni ışın, bilim insanlarının kuantum fiziği, malzeme bilimi ve astrofizikteki fikirlerin test edilmesi de dahil olmak üzere bir dizi doğal fenomeni araştırmasını sağlayacaktır.
Astronomide bu ışın, yıldızlarda gözlemlenenlere benzer bir filament oluşturmak için katı veya gaz halindeki bir hedefe yöneltilebilir. Emma, “Araştırmacılar bu filamentlerin varlığından haberdar, ancak artık laboratuvarda oluşumlarını ve evrimlerini benzeri görülmemiş bir kabiliyetle deneysel olarak araştırabiliriz” dedi.
Meslektaş FACET-II araştırmacıları daha güçlü ışını ele geçirdiler ve plazma wakefield teknolojisini geliştirmek için zaten kullandılar. Emma ayrıca, bu ışınları daha da sıkıştırarak attosaniye ışık atımları üretme ve böylece LCLS’nin mevcut attosaniye yeteneklerini artırma ve çığır açan ek bilimsel gelişmeleri kolaylaştırma potansiyeli konusunda da hevesli. “Emma, “Işını hızlı bir kamera olarak kullanmak çok kısa bir ışık atımı sağlayarak iki tamamlayıcı prob elde edilmesini sağlıyor. “Bu, çok sayıda görevi yerine getirmemizi sağlayan ayırt edici bir yetenek.”
Emma ve meslektaşları bu yeni elektron ışınının sunacağı fırsatlar konusunda oldukça hevesliler. “FACET-II, bireylerin deneylerini gerçekleştirebilecekleri ilgi çekici ve yenilikçi bir tesise sahip” dedi. “Yoğun bir ışına ihtiyaç duyarsanız, uygun araca sahibiz ve işbirliği yapabiliriz.”
Kaynak: scitechdaily.com/slac-just-fired-the-most-intense-submicron-electron-beam-in-history-heres-what-it-can-do/
