Физики и другие врачи мечтали бы воспользоваться экономичным и компактным ускорителем частиц. Недавние исследования, проведенные в Великобритании, дают надежду на то, что такое устройство появится. Руководители проектов говорят о терагерцовых импульсах как о ключевом элементе своего развития.
Карманный ускоритель частиц
Ускорители частиц обычно используются физиками для понимания секретов материи. Они также используются в медицине для производства радиоизотопов (визуализации) или для лечения онкологических больных. Для профессионалов могло бы быть больше применений, если бы эта технология в один прекрасный день была уменьшена в размерах и цене.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics 10 августа 2020 года, команда из Манчестерского университета (Великобритания) заявила, что они разработали карманный ускоритель частиц. Это простая металлическая конструкция, выложенная слоями кварца, толщина которого меньше волоса! С помощью этого решения длина ускорителей частиц с нескольких километров может быть уменьшена до нескольких метров.
99,99 % от скорости света
Решение исследователей принимает форму лазеров, генерирующих световые импульсы на терагерцовых частотах (THz). Напомним, кстати, что эта область электромагнитного спектра находится между инфракрасным и микроволновым. Это соответствует миллиметровым волнам, и именно это интересует ученых в упрощении структуры их ускорителя. Однако это решение вполне совместимо с электронными пакетами при больших уровнях заряда.
«Основная задача состояла в том, чтобы согласовать скорость поля ускорителя THz со скоростью электронного пучка, скорость, близкую к скорости света, не допуская при этом существенного ухудшения длины, по которой поле ускорителя и электроны взаимодействуют», — говорится в заявлении руководителей исследования.
Ученые решили эту проблему, разработав источник ТГц, способный генерировать более длинные импульсы в узком диапазоне частот. Таким образом, им удалось ускорить ультракороткие электронные лучи до 99,99% скорости света!
В январе 2020 года мы обсуждали работу Стэнфордского университета над прототипом ускорителя, способного удерживаться на небольшом кремниевом кристалле. Вместо того чтобы использовать микроволны, как в случае их ускорителя SLAC (длина 3,2 км), ученые подумали о лазере, генерирующем инфракрасный свет со скоростью 100 000 импульсов в секунду.
Последний проект Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), со своей стороны, находится в обратном направлении. Цель состоит в том, чтобы построить новый ускоритель элементарных частиц длиной 100 км, Future Circular Collider (FCC). Строительство этого FCC начнется в 2038 году в Женеве (Швейцария). Затем он станет крупнейшим ускорителем частиц в мире, опередив нынешний Большой адронный коллайдер (БАК), длина которого составляет 27 км. Цель такой установки будет заключаться в том, чтобы больше работать с бозоном Хиггса и, таким образом, расширить нынешние пределы физики.
Источник:
