Ученые из Рочестера удвоили энергию электронов в плазменном ускорителе с помощью лазера с летящим фокусом
Материал подготовлен искусственным интеллектом на основе нескольких источников — ссылки на оригиналы приведены ниже.
Группа исследователей под руководством Лаборатории лазерной энергетики Рочестерского университета разогнала электроны до вдвое большей энергии, чем предсказывает традиционный предел дефазировки в лазерно-плазменных ускорителях, сообщается в исследовании, опубликованном сегодня в Nature Physics. Прорыв стал возможен благодаря специально сконструированному лазерному импульсу с «летящим фокусом», который компенсирует дефазировку — явление, при котором электроны обгоняют ускоряющую плазменную волну. Достижение открывает путь к компактным источникам частиц высокой энергии.
Предел дефазировки
В лазерно-плазменных ускорителях интенсивный лазерный импульс создает в плазме кильватерную волну с электрическими полями, превышающими 1 ГВ/см — на порядки выше, чем в обычных ускорителях. Однако разогнанные до околосветовых скоростей электроны движутся быстрее, чем сама волна, скорость которой ограничена групповой скоростью лазера в плазме. Это приводит к дефазировке: электроны обгоняют ускоряющую фазу и перестают набирать энергию, как пояснил доктор Чарли Эрроусмит, ведущий автор из Лаборатории лазерной энергетики Рочестерского университета. Этот предел десятилетиями ограничивал достижимую энергию компактных плазменных ускорителей.
Летящий фокус
Команда из Рочестера сконструировала лазерный импульс с «летящим фокусом», у которого фокальная точка перемещается независимо от групповой скорости. Тщательно регулируя временную задержку различных радиальных участков импульса, исследователи добились движения фокуса со скоростью, совпадающей со скоростью электронов, что компенсирует дефазировку. Этот метод, описанный в Nature Physics, позволяет электронам дольше оставаться в ускоряющей фазе кильватерного поля.
Рекордный прирост энергии
В эксперименте импульс с летящим фокусом увеличил энергию электронов более чем вдвое по сравнению с традиционным пределом дефазировки для той же длины ускорения. Результат подтверждает теоретическое предсказание 2022 года и является первой экспериментальной демонстрацией лазерно-плазменного ускорения без дефазировки. Достигнутая энергия, пока в диапазоне МэВ, служит доказательством работоспособности концепции для будущих компактных источников высокой энергии.
1 источник
Время · отставание