Физики уменьшили ускоритель частиц до размеров спички
6 окт 2015
Ученые из Германии и США
разработали новую методику ускорения частиц при помощи терагерцового
излучения, которая позволила им уменьшить габариты подобного прибора в 100 раз
и собрать его единичный "кубик" размером со спичку, говорится в
статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Большинство современных
ускорителей частиц, помимо их экзотических "кильватерных" и лазерных
разновидностей, используют радиоволны для передачи энергии разгоняемым
частицам. Очень большая длина волны у радиоволн является одной из причин того,
почему современные коллайдеры приближаются по площади
к небольшому государству.
Физики из Германского
синхротронного центра DESY и их коллеги из Америки под руководством Франца Кертнера (Franz Kaertner) сделали большой шаг в сторону радикального
уменьшения размеров ускорителей частиц, научившись использовать другой тип волн
– так называемое терагерцовое излучение – для разгона
заряженных частиц.
Как объясняют ученые, терагерцовые волны занимают промежуточное положение между
светом и классическими радиоволнами, обладая положительными чертами и тех и
других. В частности, они так же легко проникают через материю, как и
радиоволны, и при этом не ионизирует ее. Это позволяет использовать подобные
лучи в качестве безопасной замены для рентгена, в качестве основы для
сверхскоростных систем связи и ряда других целей.
Главной положительной чертой
этого излучения в контексте ускорения частиц является то, что длина его волн в
тысячу раз короче, чем у тех радиоволн, которые используются в современных
ускорителях. Это позволяет, в теории, уменьшить размеры всех компонентов
ускорителя в аналогичное число раз, однако сначала физикам нужно приспособить терагерцовые волны для работы в ускорителях.
Кертнер
и его коллеги создали первый прототип такого устройства размером с довольно
крупную спичку или небольшую сигарету, изготовив особый световод,
поглощающий лучи терагерцового излучения и передающий
их энергию электронам, пролетающим через этот модуль.
Терагерцовое
излучение ускорит транзисторы в тысячу раз - ученые
Первые результаты оказались
достаточно скромными – ученым удалось ускорить частицы, пролетающие через эту
спичку, лишь на 7 килоэлектронвольт (7 кэВ). Для
сравнения, плазменные и кильватерные ускорители достигали отметки в 5 гигаэлектронвольт (5 ГэВ), что почти в миллион раз больше,
а БАК – до значений в 8 тераэлектронвольт.
"Конечно, это не особо
сильное ускорение, но наш эксперимент показал, что подобная методика разгона
частиц работает на практике. Если теории верны, то мы сможем достичь значений
ускорительного градиента в гигаэлектронвольт на метр,
что в десять раз больше, чем показывают лучшие ускорители сегодня", —
заключает Арья Фаллахи (Arya Fallahi) из Германского
синхротронного центра DESY.