Oamenii de știință de la SLAC National Accelerator Laboratory au realizat un progres major prin crearea unui fascicul de electroni de cinci ori mai puternic decât orice produs anterior. Această descoperire promite să transforme înțelegerea noastră a fenomenelor subatomice și ar putea deschide noi perspective în domenii la fel de diverse precum astrofizica, mecanica cuantică și știința materialelor.
Timp de câteva decenii, cercetătorii au încercat să conceapă fascicule de electroni care să fie atât extrem de puternice, cât și de o calitate impecabilă. Aceste fascicule sunt esențiale pentru studiul particulelor elementare, însă producerea unui fascicul care să fie atât de puternic, cât și de precis nu a fost niciodată o sarcină ușoară. În mod tradițional, câmpurile de microunde au fost utilizate pentru accelerarea și concentrarea fasciculelor. Această metodă prezintă o dificultate majoră: atunci când electronii emit radiații în timpul accelerării lor, pierd energie, ceea ce reduce precizia fasciculului. Astfel, întotdeauna a existat un compromis între putere și precizie. Cercetătorii nu au reușit niciodată să le combine pe cele două… până acum.
Echipa SLAC a găsit o soluție inovatoare prin înlocuirea câmpurilor de microunde cu tehnologia de modelare laser. Dezvoltată inițial pentru laserele cu electroni liberi cu raze X, această tehnică permite controlul energiei electronilor cu o precizie extremă. Aplicând această metodă la miliarde de electroni din primii câțiva metri ai unui accelerator de particule lung de un kilometru, cercetătorii au reușit să mențină integritatea fasciculului în timpul accelerării acestuia. După mai multe luni de teste și ajustări, oamenii de știință au reușit să producă fascicule de electroni de o putere fenomenală. Aceste fascicule, care durează doar câteva femtosecunde, ating o putere de vârf de ordinul unui petawatt – de cinci ori mai puternice decât tot ceea ce a fost realizat până acum.
Această descoperire, prezentată în Physical Review Letters, deschide o gamă largă de perspective în domenii științifice de ultimă oră. În astrofizică, de exemplu, puterea fără precedent a fasciculului de electroni face posibilă recrearea fenomenelor extreme observate în spațiu, cum ar fi filamentele cosmice. Aceste structuri complexe, adesea invizibile în spațiul îndepărtat, pot fi acum simulate în laborator. Acest lucru permite cercetătorilor să studieze mai precis modul în care reacționează materia în condiții de presiune și temperatură extreme, ceea ce ar putea îmbunătăți înțelegerea noastră asupra stelelor, găurilor negre și a altor obiecte cerești. În același timp, această tehnologie ar putea transforma accelerarea particulelor. În prezent, acceleratoarele de particule sunt mari și costisitoare, dar, datorită accelerării cu câmp de unde de plasmă, ar fi posibilă miniaturizarea acestor dispozitive, menținând în același timp performanțe excepționale. Acest proces utilizează energia unui fascicul de electroni pentru a crea unde într-o plasmă, accelerând alte particule la viteze extrem de mari. Acest lucru ar putea reduce dimensiunea acceleratoarelor de particule, făcându-le în același timp mai eficiente și mai accesibile.
Puterea acestor fascicule de electroni deschide, de asemenea, calea către aplicații revoluționare în crearea de impulsuri de lumină la scara attosecundelor. La această scară ultrarapidă, oamenii de știință ar putea observa și manipula fenomenele atomice și moleculare cu o precizie fără precedent. Acest lucru ar putea avea un impact profund asupra fizicii cuantice, permițând un studiu mai detaliat al interacțiunilor dintre electroni și nuclee, și ar putea oferi noi posibilități în chimie pentru controlul reacțiilor chimice la scară atomică.
