Το laser ηλεκτρονίων αυξάνει την ισχύ του

Από τη σελίδα PhysicsWeb, 27 Σεπτεμβρίου 2001

Ένα laser υπεριώδους φωτός πάνω από 1000 φορές ισχυρότερο από οποιοδήποτε άλλο δημιουργήθηκε από φυσικούς του ερευνητικού κέντρου DESY στο Αμβούργο. Το αποτέλεσμα επιβεβαιώνει ότι ένα laser ελευθέρων ηλεκτρονίων μπορεί να ενισχύσει το φως κατά ένα παράγοντα 10.000.000. Ενώ ένα τέτοιο υπεριώδες laser είναι ένα ισχυρό ερευνητικό εργαλείο, αποτελεί επίσης και ένα βήμα προς ένα πανίσχυρο laser ακτίνων Χ το οποίο θα έχει μυριάδες χρήσεις στη φυσική, τη χημεία, τη βιολογία και την ιατρική.

Τα συμβατικά laser ενισχύουν το φως που εκπέμπεται όταν τα ηλεκτρόνια μεταπηδούν από ορισμένες ενεργειακές στάθμες σε άλλες χαμηλότερες στα άτομα και τα μόρια. Αλλά η ακτινοβολία ενός laser ελευθέρων ηλεκτρονίων παράγεται από μια δέσμη ηλεκτρονίων που τα επιταχύναμε. Κάποιοι μαγνήτες κάνουν τη δέσμη των ηλεκτρονίων ν' ακολουθεί μια τεθλασμένη πορεία, και η επιτάχυνση που αισθάνονται τα ηλεκτρόνια κάθε φορά που αλλάζουν κατεύθυνση τα κάνει να εκπέμπουν ακτινοβολία. Καθρέφτες κατευθύνουν αυτή την ακτινοβολία πίσω προς την ηλεκτρονική δέσμη, και αυτό προκαλεί περαιτέρω εκπομπή ακτινοβολίας. Αυτό το αυτοενισχυόμενο φαινόμενο μπορεί να συμβεί με οποιοδήποτε μήκος κύματος, και το laser ελευθέρων ηλεκτρονίων μπορεί να συντονιστεί με κατάλληλη μεταβολή της ταχύτητας των ηλεκτρονίων.

Το πείραμα στο DESY ενίσχυσε με επιτυχία φως σε υπεριώδη μήκη κύματος μεταξύ 80 και 180 nm, με το μέγιστο της ενίσχυσής του στα 98 nm. Η διεθνής ομάδα που το δημιούργησε σκοπεύει να πετύχει μια παρόμοια ενίσχυση με μαλακές ακτίνες Χ, δηλαδή ακτινοβολία με μήκη κύματος κάτω από 6nm, μέσα σ' ένα χρόνο. Για να το επιτύχει θα χρειαστεί να επεκτείνουν τον υπάρχοντα γραμμικό επιταχυντή από το μήκος των 50 μέτρων που έχει σήμερα σε μήκος 300 μέτρων.

Το πρόγραμμα του laser ελευθέρων ηλεκτρονίων στο DESY είναι μέρος του προγράμματος TESLA το οποίο θ' αναπτύξει γραμμικούς επιταχυντές της επόμενης γενιάς για την σωματιδιακή φυσική.