Akselerator partikel baru digerakkan oleh sinar laser melengkung – Physics World

Sebuah laser wakefield accelerator (LWFA) yang memandu sinar laser sepanjang saluran melengkung sementara mempercepat elektron telah dibuat oleh Jie Zhang dan rekan-rekannya di Shanghai Jiao Tong University di China. Teknik baru bisa menjadi langkah kunci menuju pengembangan kompak, alternatif murah untuk akselerator partikel konvensional.

Dalam LWFA, plasma padat dibuat dengan memfokuskan pulsa laser yang kuat ke dalam gas. Saat bergerak melalui gas, denyut tersebut menciptakan wilayah medan listrik bolak-balik – “wakefield” – yang menyerupai gelombang air yang terbentuk setelah perahu bergerak.

Dengan menunggangi gelombang ini, elektron di dalam plasma dapat dipercepat menjadi energi yang sangat tinggi dalam jarak yang sangat pendek. Hasilnya, teknik ini menjanjikan untuk mengembangkan akselerator yang jauh lebih kecil daripada sistem konvensional. Perangkat kompak seperti itu akan sangat berguna untuk aplikasi medis dan penelitian.

Masalah injeksi ulang

Agar elektron mencapai kecepatan relativistik, percepatan harus terjadi berkali-kali, dengan elektron dari satu tahap LWFA disuntikkan ke tahap berikutnya. Ini tidak mudah, sebagai anggota tim Min Chen menjelaskan, “karena gelombang bangun berukuran puluhan mikron dan kecepatannya sangat mendekati kecepatan cahaya, penginjeksian kembali elektron menjadi sangat sulit”. Meskipun beberapa penelitian terbaru telah mencapai reinjeksi menggunakan teknik seperti lensa plasma, para peneliti hanya berhasil menyuntikkan sebagian kecil elektron ke tahap kedua.

Pada tahun 2018, tim Zhang dan Chen memperkenalkan pendekatan baru seperti yang dijelaskan oleh Chen, “Dalam skema kami, elektron selalu bergerak di dalam saluran plasma lurus, di mana elektron dapat difokuskan oleh medan laser. Laser baru kedua kemudian dipandu oleh saluran plasma melengkung dan digabungkan ke dalam saluran lurus, seperti jalan raya.”

Dengan membiarkan elektron bergerak sepanjang satu tahap yang tidak terputus, alih-alih menyuntikkannya di awal setiap tahap baru, pendekatan ini akan memungkinkan para peneliti untuk mempertahankan lebih banyak partikel selama akselerasi.

Plasma bergoyang

Pada awalnya, tujuan tim mungkin tampak terlalu ambisius. Jika seberkas sinar bahkan sedikit melenceng saat bergabung dengan saluran lurus, hal itu dapat menyebabkan medan bangun plasma bergoyang – membuang elektron dari jalur lurusnya, dan mengurangi percepatannya.

Tim Zhang mengatasi tantangan ini dengan memvariasikan kelengkungan saluran, yang menciptakan variasi kepadatan plasma di dalamnya. Dengan kelengkungan yang tepat, para peneliti menemukan bahwa mereka dapat menghentikan posisi sinar laser agar tidak berosilasi – sehingga ketika elektron disuntikkan ke bagian saluran yang lurus, medan bangun yang dihasilkan cukup stabil untuk mempercepat partikel ke kecepatan yang lebih tinggi.

Akselerator elektron baru menggabungkan teknik laser dan plasma wakefield

Melalui percobaan terbaru mereka, para peneliti menemukan keuntungan lebih lanjut dari pendekatan mereka. “Kami menemukan bahwa dalam beberapa kasus, laser tidak hanya dapat dipandu, tetapi juga dapat menghasilkan medan bangun di dalam saluran melengkung dan mempercepat elektron,” jelas Chen. “Biasanya ini hanya ditemukan di saluran plasma lurus. Artinya laser dan elektron berenergi tinggi dapat dipandu dalam saluran plasma yang melengkung seperti itu.”

Tim percaya bahwa hasil awal merupakan tonggak penting. “Eksperimen kami menunjukkan bagaimana elektron relativistik dapat dipandu secara stabil oleh saluran plasma melengkung, yang merupakan langkah penting dari skema akselerasi medan bangun bertahap kami,” kata Chen. “Di masa depan, saluran seperti itu dapat digunakan untuk akselerasi medan bangun dan pemandu elektron.”

Jika mereka dapat mendemonstrasikan tingkat percepatan yang lebih tinggi dengan menggunakan beberapa saluran melengkung, tim Zhang berharap energi teraelektronvolt suatu hari nanti dapat dijangkau oleh LWFA dengan ukuran dan biaya yang lebih kecil dari akselerator partikel modern. “Untuk saat ini, kami dapat mengatakan bahwa penelitian kami memecahkan langkah penting untuk percepatan medan laser bertahap dan menunjukkan potensi sumber radiasi sinkrotron kompak,” kata Chen.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Physical Review Letters.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Otomotif / EV, Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• BlockOffset. Modernisasi Kepemilikan Offset Lingkungan. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/new-particle-accelerator-is-driven-by-curved-laser-beams/