راهی برای شتاب­ دادن ذرات پر انرژی در مسافت کم

به گزارش بولتن نیوز، این تکنیک به خصوص برای پوزیترون­ها، در زمانی که از میان پلاسما عبور میکنند مهم است؛ زیرا مایل به از دست دادن تمرکز-طی فرآیندی که با نام شتاب پلاسمای ویکفیلد شناخته میشود- هستند. در آزمایش­های شتاب دهنده اسلاک امکانی برای آزمایش­های تجربی شتاب­ دهنده ذره ای پیشرفته(FACET) نیز وجود دارد، در این حالت پرتوهای پوزیترون در زمانی که در لوله پلاسما در حال حرکتند، نزدیک به یکدیگر می مانند.


مارک هوگان دستیار محقق اصلی گفت:« توانایی ساخت پرتوهای ذرات که هم پرانرژی و هم متمرکز باشند، یک پیش ­نیاز برای کاربردهای شتاب­ دهنده است. این نتایج، ما را یک گام به ساخت پلاسما رانده( Plasma-driven) در شتاب­ دهنده ذرات نزدیک­تر کرد. چنین دستگاهی به طور بالقوه می­تواند به آینده ی ذرات در برخورد دهنده نیرو ببخشند، همچنین می تواند با منابع اشعه ایکس روشن، عکس های فوق سریعی از مواد با وضوح اتمی بگیرد.

لوله های پلاسمایی برای حفظ ذرات سریع در مسیر

در شتاب ِ پلاسمای ویکفیلد بسته های پر انرژی الکترون یا پوزیترون از پلاسما میگذرند و پلاسمای wakes تولید میکنند تا دسته های ذرات را برانند. از زمانیکه این روش توانست انرژی لغزش ذرات را تا بیش از ۱۰۰۰ مرتبه بالا ببرد. علاوه برآن توانست راهی برای نسل آینده شتاب­­ دهنده ­ها که قدرتمندتر، کوچکتر و ارزان­تر هستند را هموار کند.

اما این تکنیک همچنان باید با یک چالش بزرگ مغابله کند: نیروهای قوی به سوی مرکز پلاسما اشاره دارند و میتواند کیفیت اشعه ذرات را کاهش دهد که شامل دسته هایی از الکترون­ها یا پوزیترون­ها هستند. در محفظه پوزیترون، ذرات از حالت تمرکز بیرون می­ آیند و در پلاسما گم می­ شوند. "اسپنسر گسنر” رهبر نویسندگان این مطالعه جدید می­گوید:« ما کانال پلاسمایی تو خالی طراحی کرده ­ایم، لوله پلاسما همراه گازی خنثی درون آن. به دلیل هندسه خاص پلاسما، ذرات از میان کانال بدون تجربه هرگونه نیروهای نامطلوب می گذرند. »

مدرک آزمایش اصلی در شتاب­ دهنده ذره ای پیشرفته

ایده ی ساخت ِ لوله های پلاسما حدود ۲۰ سال بوده است، اما "گسنر” و همکاران محقق اش اولین کسانی هستند که نشان دادند در واقع می توانند این کانال ها را به اندازه ی کافی بزرگ برای آزمایش و شتاب دادن ذرات، بسازند. برای ساخت پلاسما برای آزمایششان، پژوهشگران یک لیزر قوی را از میان گاز داغ عنصر شیمیایی لیتیم فرستادند. به طور عادی شدت اشعه لیزر نسبتاً یکنواخت است، بنابراین پلاسمایی یکنواخت تولید میکند. اما در این حالت آنها ابتدا اشعه را از میان یک شبکه مارپیچی شکل می فرستند که اشعه ی لیزر را طوری شکل میدهد که اگر در سطح مقطع آن نگاه کرد، شامل حلقه های هم مرکز می شود.


حلقه ی درونی تنها حلقه ای است که برای ساخت پلاسما کافی است و زمانی که اشعه لیزر از میان ابر گاز لیتیم حرکت میکند، این حلقه لوله پلاسما را حدودا ۳ اینچ طولانی تر و دو صدم اینچ پهن ­تر میکند. لوله این کار را برای چند تریلیون از ثانیه ادامه میدهد که به اندازه لازم برای دانشمندان کافی است که یکی از اشعه­ های پوزیترون قوی در شتاب دهنده ذره ای را از میانش ارسال کنند.

"گسنر” می­گوید:« در واقع نتایج ما نشان می دهد که دسته­ های پوزیترون زمانی که از میان لوله عبور میکنند، تمرکز خود را از دست نمی دهند. در واقع، پلاسما با تولید اثر از خود که مقدار بسیار زیادی از انرژی را از دسته بیرون میکشد، پاسخ می دهد. این انرژی میتواند برای شتاب ِ دسته­ های پوزیترون، استفاده شود.»

گام­های بعدی به سوی کاربردهای آینده

این تیم به زودی با آزمایش هایی برای اثبات این تکنیک که در واقع میتواند انرژی پوزیترون­ هایی که درون کانال توخالی موج پلاسما را می پیمایند، پیگیری می کند. محققان قصد دارند که تاثیر این روش را بهبود بخشند، این کار توسط زیاد کردن مقدار انرژی که در ردپای آن ذخیره شده و با ۱۰ بار قدرتمندتر از تکنولوژی مرسوم شتاب ِ فرکانس رادیویی است، مطابقت دارد. هوگان می­گوید:« با ترکیب منحصر به فرد اشعه پوزیترون­ های قوی و لیزرهای قدرت بالا، شتاب­ دهنده ذره ای پیشرفته، تنها مکانی در دنیا است که می­­تواند این نوع از پژوهش را انجام دهد. ما به کشف­ های دور می­ اندیشیم که این نزدیک شدن به شتاب پلاسمای ویکفیلد است. » جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریه ی Nature Communications منتشر شده است.

منبع: بیگ بنگ