Asztali eszközökké válhatnak a részecske­gyorsítók

Egy kisméretű, néhány centis eszközzel kutatóknak sikerült minden eddiginél magasabb energiaszintekre gyorsítani szubatomi részecskéket, új csúcsot érve el a kompakt részecskegyorsítók terén. További fejlesztéssel a hagyományos, több kilométeres gyorsítók olyan gépekké válhatnak, amik akár egy asztalon is elférnek.

A Berkeley Lab csapata egy 9 centiméter hosszúságú plazmacsőben gyorsította fel az elektronokat 4,25 gigaelektronvoltra (GeV). Mindez a hagyományos részecskegyorsítók energia gradiense ezerszeresének felel meg, világcsúcsot állítva fel a lézer-plazma gyorsítók esetében. "Ez az eredmény tökéletes kontrollt igényel a lézer és a plazma fölött" - nyilatkozott Wim Leemans, az eredményeket bemutató tanulmány vezető szerzője.

A hagyományos részecskegyorsítók, mint a CERN Nagy Hadronütköztetője (LHC), ami több mint 27 kilométeren terül el a föld alatt, egy fémüreg belsejében munkálkodó elektromos mezők modulálásával gyorsítja fel a részecskéket. Ez a megoldás körülbelül méterenkénti 100 megaelektronvoltra korlátozza az energiát, mielőtt a fém károsodna.

Az új megoldás egy plazma modellre épül, amit Leemans és csapata először 2006-ban mutatott be. A kísérletben lézerfény impulzust indítanak egy rövid és keskeny, szálszerű plazmacsőben. A lézer csatornát, valamint hullámokat hoz létre a plazmában, melyek foglyul ejtik a szabad elektronokat, nagy energiákra gyorsítva azokat. Mindez hasonlít a szörfösök sebességnyeréséhez, amikor lefelé siklanak a hullámok felszínén.

A csúcsdöntő energiaszintet a Berkeley Lab Lézergyorsítójával (BELLA), a világ egyik legnagyobb teljesítményű, petawattos lézerével sikerült elérni. "Ezt a nagy erejű sugarat belekényszerítjük egy 14 méterrel távolabb elhelyezkedő 500 mikronos lyukba" - magyarázta Leemans. "A BELLA lézersugár elég magas stabilitással rendelkezik, ahhoz hogy elérjük a célunkat"

A még a most elértnél is magasabb energiák érdekében Leemans célkitűzése a 10 GeV, ehhez még pontosabban kell kontrollálni a plazmacsatorna sűrűségét, amin a lézer impulzus áthalad.