شعاع إلكتروني يحطم الأرقام القياسية بقوة بيتاوات في لحظة واحدة: اكتشاف مذهل!
حطم الفيزيائيون في مختبر SLAC الوطني لتسريع الجسيمات في الولايات المتحدة الرقم القياسي لأقوى شعاع من الإلكترونات، حيث تم ضغط تيار فائق الارتفاع يبلغ حوالي 100,000 أمبير في لحظة واحدة.
مع قوة حقل كهربائي تعادل حوالي خمسة أضعاف ما كان يمكن تحقيقه سابقًا، فإن كمية الطاقة المذهلة في حقل الشعاع الكهربائي عند مسرع FACET-II التابع لـ SLAC قد تدفع حدود التجارب، مما يؤدي إلى اكتشافات جديدة في كل شيء بدءًا من الفيزياء الفلكية إلى علوم المواد.
تسمح التقنية الجديدة للفريق بتوجيه سلاسل من الإلكترونات بطول ملليمتر على طول مسار مغناطيسي، مما يمكّنهم من ضغط السباق إلى نهاية ضوئية تقدم أكثر من بيتاوات من الطاقة في جزء واحد من تريليون الثانية.
لقد كانت مسرعات الجسيمات أداة حيوية للفيزيائيين لمدة تقارب القرن، حيث تستخدم الحقول الكهرومغناطيسية المتذبذبة لدفع الجسيمات المشحونة إلى سرعات تقترب بشكل كبير من سرعة الضوء.
عندما تغير الجسيمات اتجاهها، يتألق مجالها الخاص بفوتونات أشعة سينية عالية الطاقة يمكن أن تُضيء المواد للحصول على صور عالية الدقة.
إذا وضعت جدارًا آخر من الكهرومغناطيسية أمام هذا الشعاع، فإن الطاقة الناتجة عن الحقول المتصادمة قد تهز مجموعة متنوعة من الجسيمات الجديدة اللامعة المنبثقة عن الرغوة الكمومية نفسها.
لإنشاء ومضات أو ضوء أكثر كثافة أو تصادمات أكبر، هناك حاجة لمزيد من الطاقة؛ إما بدفع الجسيمات بشكل أسرع دائمًا أو بضمان تسليم كل طاقتها خلال فترة زمنية أقصر.
نظرًا لأن الإلكترونات تسير بالفعل بسرعات قريبة جدًا كأنها تتزلج على موجات الكهرومغناطيسية، فلا يمكن تحقيق المزيد من السرعة. وبنفس المنطق، فإن إجبار الإلكترونات الموجودة في مؤخرة المجموعة على الضغط لأسفل على المسرع واللحاق بتلك الموجودة أمامها ليس حلًا فعالاً.
لكن هناك خدعة أخرى. رغم أنهم جميعًا يتنافسون بنفس السرعة، يتم توزيع إلكترونات المسرع على طول انحدار موجة كهرومغناطيسية أثناء انزلاقهم عبر النفق؛ حيث يوجد بعضهم عند “الأسفل” وبعضهم عند “الأعلى”.
تتمتع تلك الموجودة عند القمة بمزيدٍ من الطاقة كلما انحرفت. لإجبار تلك الموجودة عند القاع على التباطؤ قليلاً، احتاج الباحثون إلى وسيلة لجعلهم يضغطون الفرامل قليلاً.
A إحدى الطرق الشائعة المستخدمة لإدارة مثل هذه الحالة هي استخدام عائق مغناطيسي يجعل جسيمات ذات طاقة أقل تأخذ مساراً أطول قليلاً؛ تماماً كما يجبر العائق الموجود في مضمار سباق فعلي سيارة أقل قوة للتنقل بحذر يساراً ويميناً بينما تستطيع السيارة الأكثر قوة المرور مباشرةً عبره.
من خلال انحراف الجسيمات وفقًا لمستوى طاقتها ، يمكن لسلسلة الإلكترونات أن تتجمع وفي النظرية – تضغط بقوة أكبر.
هناك مشكلة واحدة فقط. كل انحراف يحدث على المسار يجبر الإلكترونات على فقدان طاقة ثمينة بشكل فوتون أشعة سينية عالي التردد.
< p > شكل المزيج المناسب بين الاهتزاز والضوء توزيع السلسلة أثناء تسريعها وضغطها مرارا وتكرارا ، مما يعيد جزءا مما فقدته بينما يجبر عدد كبير منها للتداخل ضمن مساحة لا تزيد عن ثلث ميكرومتر .
< p > كانت النتيجة النهائية عبارة عن برق قوي داخل زجاجة تم إنشاؤه باستخدام تقنية يمكن تحسينها مستقبلاً ، مما قد يقيد المزيد من الإلكترونات عالية السرعة ضمن مساحة أصغر حتى .
< p > نُشر هذا البحث في < a href=“ https://journals.aps.org/prl/abstract /10.1103 /PhysRevLett .134 .085001 ” > رسائل مراجعة الفيزياء .
