Οι επιταχυντές πλάσματος παίρνουν μορφή

Από τη σελίδα του PhysicsWeb, 21 Νοεμβρίου 2002

Μια ομάδα Γάλλων και Βρετανών επιστημόνων έχει καταδείξει μια νέα προσέγγιση σε επιταχυντή σωματίων, που βασίζεται στα λέιζερ και τα πλάσματα. Η προσέγγιση έχει επιτρέψει στην ομάδα να επιταχύνει ηλεκτρόνια σε ενέργειες που είναι δύο φορές υψηλότερες από εκείνες που επιτυγχάνονται από άλλες τεχνικές επιταχυντών βασισμένες στο πλάσμα. (Β Malka και λοιποί. 2002 Science 298 1596).

Η απόδοση ενός επιταχυντού μπορεί να περιγραφεί με όρους ενός βαθμωτού δυναμικού. Οι παραδοσιακές τεχνολογίες επιτάχυνσης δεν μπορούν να υπερβούν μεταβολή 55 Megavolts ανά μέτρο, αυτός είναι κι ο λόγος για τον οποίο οι επιταχυντές των σωματίων πρέπει να είναι μήκους δεκάδων χιλιομέτρων. Για να φθάσουν σε ενέργειες 10¹¹ eV ή υψηλότερες,  που απαιτούνται για να εξερευνήσουν την ενοποίηση των θεμελιωδών δυνάμεων, είναι επομένως απαραίτητο να χτιστούν ακόμα μακρύτεροι επιταχυντές - ή να βρεθούν νέοι τρόποι ώστε να αυξηθεί η μεταβολή της ηλεκτρικής τάσης. Τα πλάσματα είναι καλοί υποψήφιοι για να χρησιμοποιηθούν στην επόμενη παραγωγή των επιταχυντών, επειδή μπορούν να υποστηρίξουν ηλεκτρικά πεδία μεγαλύτερα από αρκετά Gigavolts ανά μέτρο.

Κατά τη διάρκεια των προηγούμενων δύο δεκαετιών οι φυσικοί έχουν επιδείξει διάφορες προσεγγίσεις βασισμένες στο πλάσμα, στις οποίες τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται από κύματα εντός του πλάσματος. Στα πιο πρόσφατα πειράματα ο Victor Malka του École Nationale Supérieure des Techniques Avancées στο Παρίσι και συνάδελφοι του στο εργαστήριο CEA/DAM,  στο Πανεπιστήμιο του Μπορντό και στο Αυτοκρατορικό Κολέγιο στο Λονδίνο έχει επιταχύνει ηλεκτρόνια σε ενέργειες 200 MeV - δύο φορές υψηλότερων από αυτό που είχαν πετύχει πριν. Ο Malka και οι συνάδελφοι του εστίασαν έναν παλμό 30 femtosecond από μια ακτίνα λέιζερ 30 Terawatt πάνω σε ένα πίδακα αερίου ηλίου για να παραγάγουν μια υπερβραχέα ακτίνα ενεργητικών ηλεκτρονίων. Χρησιμοποίησαν μια προσέγγιση τέτοια στην οποία το κύμα πλάσματος πραγματικά "έσπασε".

"Η βασική σημασία του πειράματός μας είναι η παραγωγή μιας υπερβραχέας, ενεργητικής και αρκετά παράλληλης ακτίνας ηλεκτρονίων", τόνισε ο Malka. "Αυτή η νέα πηγή ηλεκτρονίων θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για πολλές εφαρμογές στο εγγύς μέλλον." Οι ερευνητές ελπίζουν τώρα να αυξήσουν την ισχύ του λέιζερ ώστε να παραγάγουν μια μονο-ενεργητική ακτίνα ηλεκτρονίων αρκετών MeV για τη χρήση στους επιταχυντές. Θα επιθυμούσαν επίσης να επαναλάβουν το πείραμά τους με πρωτόνια, με ενέργειες μέχρι 10 MeV.