Rekor Kıran Elektron Işını Anında Bir Petawatt Güç Sağlıyor

SLAC'ın FACET-II doğrusal hızlandırıcısındaki demetin elektrik alanındaki akıllara durgunluk veren enerji miktarı, daha önce ulaşılabilen alan gücünün yaklaşık beş katına ulaşarak deneylerin sınırlarını zorlayabilir ve astrofizikten malzeme bilimine kadar her alanda yeni keşiflere yol açabilir.

Ekibin manyetik bir yol boyunca milimetre uzunluğundaki elektron zincirlerini yönlendirmeye yönelik yeni tekniği, yarışı saniyenin milyon milyarda birinde bir petawatt'tan fazla güç sağlayan bir foto finişe sıkıştırmalarını sağlıyor.

Parçacık hızlandırıcıları, yüklü parçacıkları ışık hızına çok yakın hızlara çıkarmak için salınımlı elektromanyetik alanlar kullanarak yaklaşık bir asırdır fizikçiler için hayati bir araç olmuştur.

Parçacıklar yön değiştirdikçe kendi alanları, yüksek çözünürlüklü görüntüler için malzemeleri aydınlatabilen yüksek enerjili X-ışını fotonları ile parlar.

Bu ışının önüne başka bir elektromanyetizma duvarı yerleştirildiğinde, çarpışan alanlardan gelen enerji kuantum köpüğünün kendisinden çeşitli parlak yeni parçacıkları sallayabilir.

Daha yoğun ışık parlamaları ya da daha büyük çarpışmalar yaratmak için daha fazla enerjiye ihtiyaç vardır; ya parçacıkları daha hızlı iterek ya da tüm enerjilerinin daha kısa bir süre içinde iletilmesini sağlayarak.

Elektronlar elektromanyetizma dalgaları üzerinde sörf yaparken zaten neredeyse en yüksek hızlarda hareket ettiklerinden, daha fazla hız mümkün değildir. Aynı mantıkla, sürünün arkasındaki elektronları hızlandırıcılarına basmaya ve öndekilere yetişmeye zorlamak da bir çözüm değildir.

Ama başka bir püf noktası var. Hepsi aynı hızda yarışıyor olsalar da, hızlandırıcının elektronları tünelde sörf yaparken bir elektromanyetik dalganın eğimi boyunca, bazıları 'altta' ve bazıları 'üstte' olacak şekilde dağılırlar.

Üsttekiler her savrulduklarında daha fazla enerjiye sahip olurlar. Alttakileri yavaşlamaya zorlamak için araştırmacıların frene basmalarını sağlayacak bir yola ihtiyaçları vardı.

Böyle bir durumu yönetmek için yaygın olarak kullanılan bir yol, daha düşük enerjili parçacıkların biraz daha uzun bir yol izlemesine neden olan manyetik bir engelin kullanılmasıdır; tıpkı gerçek bir yarış pistindeki bir chicane'nin daha az güçlü bir arabayı dikkatlice sola ve sağa kıvrılmaya zorlarken, daha fazla homurtuya sahip bir arabanın dümdüz ilerleyebilmesi gibi.

Parçacıkları enerji seviyelerine göre saptırarak, elektron zinciri toplanabilir ve - teoride - daha büyük bir yumruk atabilir.

Yalnızca bir sorun var. Pistteki her sapma, elektronları yüksek frekanslı bir X-ışını fotonu şeklinde değerli enerjiyi kaybetmeye zorlar.

Ekip, kaybedilen enerjiyi yerine koymaya yardımcı olmak için şikanların ortasına, elektronları başka bir yönde hızla ileri geri iten undülatör adı verilen ikinci bir manyetik cihaz yerleştirdi. Aynı zamanda, elektronların yayılmasını kontrol etmek için safir bir lazerden gelen bir ışık parlaması tanıtıldı.

Dalgalanmalar ve ışığın zamanında karışımı, tekrar tekrar hızlandırılıp sıkıştırılan zincirin dağılımını şekillendirdi ve kaybedilen enerjinin bir kısmını yerine koyarken, elektronların bir kısmını mikrometrenin ancak üçte biri uzunluğundaki bir alanda üst üste binmeye zorladı.

Sonuç, gelecekte daha da geliştirilebilecek bir teknikle yaratılan ve potansiyel olarak daha fazla yüksek hızlı elektronu daha da küçük bir alana hapseden bir şişede güçlü bir ışık oldu.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.