Наука и Техника

Наука И Техника
8 декабря 2015

Ученые приступили к созданию миниатюрного варианта ускорителя частиц

присудил грант в размере 13.5 миллионов долларов Стэнфордскому университету, специалисты которого будут играть главенствующую роль в деле создания миниатюрного варианта ускорителя частиц, ускорителя, который будет вмещаться в размер, сопоставимый с размерами коробки от обуви. Основным компонентом нового ускорителя станут технологии "ускорителей-на-чипе", технологии, в которых используется серия чипов из специального стекла, внутри которых при помощи лазерного света производится ускорение электронов до высоких энергий. Когда такие ускорители будут созданы и их конструкция будет "доведена до ума", они смогут произвести революцию в буквальном смысле этого слова в некоторых областях науки, техники и медицины.

"Мы сможем сделать в области ускорения частиц то, что произошло с компьютерами на протяжении последних нескольких десятков лет" - рассказывает Джоэл Энглэнд (Joel England), ученый-физик из Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC Стэнфордского университета, - "Мы сделаем ускорители гораздо более компактными и дешевыми, что сделает их применение доступным большему кругу научных и исследовательских организаций"

В основу нового портативного ускорителя частиц лягут последние достижения ученых лаборатории SLAC и немецких ученых из университета Фридриха-Александра Эрлангена-Нюрнберга (Friedrich-Alexander University Erlangen-Nuremberg, FAU). Группы ученых из этих университетов независимо друг от друга разработали ряд технологий ускорения частиц при помощи лазерного света, которые взаимно дополняют друг друга.

Ученые из лаборатории SLAC добились успеха в увеличении энергии электронов, предварительно разогнанных практически до скорости света в недрах одного из линейных ускорителей лаборатории. Разгон был выполнен до такой скорости, что последующее любое ускорение этих электронов приводило не к увеличению скорости, а к увеличению энергии эти частиц. Поток ускоренных электронов был введен внутрь чипа, сделанного из специального кварцевого стекла. Внутри этого чипа был создан своего рода "туннель", стенки которого были покрыты серией выступающих ребер. Лазерный свет, освещающий этот чип, взаимодействует с материалом чипа, что приводит к возникновению электрических полей на ребрах "туннеля", воздействие которых, в свою очередь, приводит к увеличению энергии двигающихся в туннеле электронов.

При этом, темп увеличения энергии электронов в чипе в десять раз превышает тем увеличения энергии в обычном линейном ускорителе. Это означает, что ускоритель Linac Coherent Light Source, длиной более трех километров, может быть заменен серией ускорителей-на-чипе, суммарная длина которых равна всего 100 метрам.

Германские ученые из FAU, возглавляемые Питером Хоммелхоффом (Peter Hommelhoff), добились успехов в деле ускорения при помощи света лазера низкоэнергетических электронов, которые не были предварительно разогнаны почти до скорости света. И оба этих достижения являются дополняющими друг друга частями, которые позволят создать один компактный ускоритель частиц.

В деле создания нового ускорителя частиц Стэнфордские ученые возглавят международную коалицию, в которую войдут ведущие ученые-физики и другие специалисты из областей ускорения частиц, лазерной физики, нанофотоники и нанопроизводства. Три лаборатории - SLAC, США, Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Германия, и Paul Scherrer Institute, Швейцария, обеспечат коалицию экспериментальной базой на основе имеющегося в их распоряжении оборудования. Кроме этого, в коалицию войдут ученые из пяти университетов с мировыми именами, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, университета Пурду, Гамбургского университета, Технического университета Дармштадта и из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL).