Λέιζερ παρήγαγε 1 Petawatt ενέργειας για μια στιγμή

Φυσικοί στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών SLAC στις ΗΠΑ πέτυχαν ένα ιστορικό ρεκόρ, δημιουργώντας την πιο ισχυρή δέσμη ηλεκτρονίων που έχει καταγραφεί ποτέ. Με ρεύμα περίπου 100.000 αμπέρ συμπιεσμένο σε ένα εκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου, η δέσμη αυτή παρέδωσε ισχύ άνω του ενός πεταβάτ (10^15 watt). Αυτή η εντυπωσιακή επίτευξη, που πραγματοποιήθηκε στον επιταχυντή FACET-II, είναι πέντε φορές ισχυρότερη από τις προηγούμενες δυνατότητες και ανοίγει νέους ορίζοντες για την έρευνα σε πεδία όπως η αστροφυσική και η επιστήμη των υλικών.

Οι επιταχυντές σωματιδίων αποτελούν βασικό εργαλείο της φυσικής εδώ και σχεδόν έναν αιώνα, χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητικά πεδία για να επιταχύνουν φορτισμένα σωματίδια κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Στην περίπτωση αυτή, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια πρωτοποριακή τεχνική για να "συμπιέσουν" αλυσίδες ηλεκτρονίων μήκους χιλιοστών σε εξαιρετικά μικρό χώρο, μικρότερο από το ένα τρίτο του μικρομέτρου. Αυτό επιτεύχθηκε με τη χρήση μαγνητικών "καναλιών" και λέιζερ ζαφειριού, που έδωσαν στη δέσμη τη δυνατότητα να απελευθερώσει τεράστια ενέργεια σε ελάχιστο χρόνο, σαν έναν "κεραυνό σε μπουκάλι".

Η διαδικασία ξεκινά με τα ηλεκτρόνια να "σερφάρουν" πάνω σε κύματα ηλεκτρομαγνητισμού στον επιταχυντή. Καθώς τα σωματίδια κινούνται με ταχύτητες κοντά στο φως, η ομάδα του SLAC χρησιμοποίησε ένα μαγνητικό σύστημα, γνωστό ως "undulator", για να ταλαντεύει τα ηλεκτρόνια και να τα συμπιέζει, αντισταθμίζοντας την απώλεια ενέργειας που προκαλείται από την εκπομπή ακτίνων Χ υψηλής συχνότητας. Ένα προσεκτικά χρονομετρημένο φλας φωτός από το λέιζερ βοήθησε στον έλεγχο της κατανομής των ηλεκτρονίων, με αποτέλεσμα μια δέσμη εξαιρετικής ισχύος και σταθερότητας.

Αυτή η υπερ-ισχυρή δέσμη ανοίγει νέες δυνατότητες πειραματισμού. Για παράδειγμα, αν συγκρουστεί με ένα άλλο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, η ενέργεια από τη σύγκρουση θα μπορούσε να "τινάξει" νέα σωματίδια από το κβαντικό κενό, δοκιμάζοντας θεωρίες της κβαντικής φυσικής. Επιπλέον, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία πλάσματος παρόμοιου με αυτό που παρατηρείται σε αστροφυσικά φαινόμενα, όπως οι πίδακες ύλης από εκρήξεις αστέρων, επιτρέποντας στους επιστήμονες να μελετήσουν αυτά τα γεγονότα στο εργαστήριο.

Η καινοτομία αυτή δεν είναι απλώς μια επίδειξη δύναμης, αλλά ένα βήμα προς το μέλλον των επιταχυντών. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η τεχνική μπορεί να βελτιωθεί περαιτέρω, περιορίζοντας ακόμα περισσότερα ηλεκτρόνια σε μικρότερο χώρο, κάτι που θα αυξήσει την ισχύ και την ακρίβεια. Σε αντίθεση με την επιτάχυνση των σωματιδίων σε υψηλότερες ταχύτητες – κάτι αδύνατο καθώς πλησιάζουν ήδη την ταχύτητα του φωτός – η συμπίεση της δέσμης αποδεικνύεται ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για να ενισχυθεί η ενέργειά της, ξεπερνώντας τα όρια της παραδοσιακής τεχνολογίας.

Από τη διερεύνηση της φύσης του κενού μέχρι τη μελέτη του διαστήματος, οι εφαρμογές της είναι τεράστιες, δίνοντας στους επιστήμονες ένα ισχυρό εργαλείο για να αποκωδικοποιήσουν τα μυστήρια του σύμπαντος.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Physical Review Journals.