© Фото: DESY/Heiner Mueller-Elsner.
Немецкие и американские физики создали прототип ускорителя частиц размером со спичку, который работает не при помощи радиоволн, а благодаря терагерцовому излучению, позволяющему уменьшить габариты таких устройств в 100 раз.
Ученые из Германии и США разработали новую методику ускорения частиц при помощи терагерцового излучения, которая позволила им уменьшить габариты подобного прибора в 100 раз и собрать его единичный "кубик" размером со спичку, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Большинство современных ускорителей частиц, помимо их экзотических "кильватерных" и лазерных разновидностей, используют радиоволны для передачи энергии разгоняемым частицам. Очень большая длина волны у радиоволн является одной из причин того, почему современные коллайдеры приближаются по площади к небольшому государству.
Физики из Германского синхротронного центра DESY и их коллеги из Америки под руководством Франца Кертнера (Franz Kaertner) сделали большой шаг в сторону радикального уменьшения размеров ускорителей частиц, научившись использовать другой тип волн – так называемое терагерцовое излучение – для разгона заряженных частиц.
Как объясняют ученые, терагерцовые волны занимают промежуточное положение между светом и классическими радиоволнами, обладая положительными чертами и тех и других. В частности, они так же легко проникают через материю, как и радиоволны, и при этом не ионизирует ее. Это позволяет использовать подобные лучи в качестве безопасной замены для рентгена, в качестве основы для сверхскоростных систем связи и ряда других целей.
Главной положительной чертой этого излучения в контексте ускорения частиц является то, что длина его волн в тысячу раз короче, чем у тех радиоволн, которые используются в современных ускорителях. Это позволяет, в теории, уменьшить размеры всех компонентов ускорителя в аналогичное число раз, однако сначала физикам нужно приспособить терагерцовые волны для работы в ускорителях.
Кертнер и его коллеги создали первый прототип такого устройства размером с довольно крупную спичку или небольшую сигарету, изготовив особый световод, поглощающий лучи терагерцового излучения и передающий их энергию электронам, пролетающим через этот модуль.
Первые результаты оказались достаточно скромными – ученым удалось ускорить частицы, пролетающие через эту спичку, лишь на 7 килоэлектронвольт (7 кэВ). Для сравнения, плазменные и кильватерные ускорители достигали отметки в 5 гигаэлектронвольт (5 ГэВ), что почти в миллион раз больше, а БАК – до значений в 8 тераэлектронвольт.
"Конечно, это не особо сильное ускорение, но наш эксперимент показал, что подобная методика разгона частиц работает на практике. Если теории верны, то мы сможем достичь значений ускорительного градиента в гигаэлектронвольт на метр, что в десять раз больше, чем показывают лучшие ускорители сегодня", — заключает Арья Фаллахи (Arya Fallahi) из Германского синхротронного центра DESY.
