Долгое время ученые бились над созданием мощных и, одновременно, стабильных электронных пучков. Это оказалось под силу команде физиков из США. Они создали электронный пучок с рекордно высоким током и пиковой мощностью. Это достижение позволит ученым продвинуться в понимании элементарных частиц и совершить открытия в различных отраслях знаний, включая квантовую механику, астрофизику и материаловедение.
Идея генерации более мощных электронных лучей довольно проста: надо лишь уместить как можно больше заряда в максимально короткий промежуток времени. Традиционные методы используют для сжатия и фокусировки пучка микроволновые поля. В результате этого процесса электроны, в зависимости от положения, получают разное количество энергии. Когда электроны движутся по изогнутой траектории, те, что сзади, догоняют тех, что спереди, в результате чего возникает сфокусированный пучок.
Подход кажется довольно простым, но у него есть существенная проблема: электроны теряют энергию, поскольку при ускорении излучают энергию. Из-за этого снижается качество пучка, а исследователи вынуждены выбирать между мощностью или точностью. Метод специалистов из Национальной ускорительной лаборатории позволяет усидеть на обоих стульях. Физики разработали новую технологию, в которой вместо микроволновых полей используется формирование лазерного пучка. Этот подход изначально был разработан для рентгеновских лазеров на свободных электронах и обеспечивает гораздо большую точность модуляции энергии электронов.
Команда применила точную лазерную модуляцию к миллиардам электронов в пределах ближайших десяти метров километрового ускорителя, сообщает Phys. После этого они аккуратно сжали тщательно сформированный пучок магнитами.
За месяцы испытаний и совершенствования техники команде удалось сжать импульсы всего до 0,3 микрометра и уместили заряд силой 100 килоампер тока всего в несколько фемтосекунд (одна квадриллионная секунды). Пиковая мощность достигла уровня ПВт.
Эта инновационная технология может превратиться в новый эффективный инструмент научных исследований в области химии или астрофизики, полагают ученые.
