Новаторське дослідження вчених із Національної лабораторії прискорювачів SLAC демонструє безпрецедентні можливості петаватних лазерів, здатних створювати умови, що розщеплюють атоми та виривають частинки з порожнього простору.

Петаватний лазер – “технологія, що забезпечує потужність одного квадрильйона ват” – це еквівалент мільйона атомних електростанцій. Такий рівень енергії, сконцентрований у надкороткий проміжок часу, створює фантастичні можливості. Він дозволяє досліджувати екстремальні умови, подібні до тих, що існують у надрах планет.

Під керівництвом фізика Клаудіо Емми дослідники змогли прискорити електрони до рекордних показників. Вони згенерували найбільший струм і пікову потужність в історії лазерних експериментів. Цей експеримент відкриває шлях для революційних застосувань у різних наукових дисциплінах.

Принцип роботи надпотужного лазера

Процес прискорення електронів можна порівняти з пінбольним автоматом особливого типу. Замість кульок у ньому електрони рухаються майже зі швидкістю світла. Радіохвилі прискорюють ці частинки через вакуумну камеру.

Коли електрони потрапляють у магнітне поле, вони змінюють напрямок руху. Подібно до кульки в пінболі, що відхиляється при зіткненні з перешкодою. Швидкість руху частинок визначає їхню траєкторію в магнітному полі.

У процесі прискорення виникає явище “цвірінькання” – сигнал зі змінною частотою. У цьому експерименті частота збільшувалася, створюючи висхідне цвірінькання. Лазерні імпульси здатні генерувати особливо швидкі цвірінькання.

Команда Емми застосувала спеціальну структуру – “шикану”. Вона використовує магніти для відхилення електронного променя. Електрони з меншою енергією відхиляються сильніше, ніж високоенергетичні електрони.

Технологічний прорив і перспективи

Низькоенергетичні електрони змушені долати довший шлях через шикану. Вони огинають криві та відстають від високоенергетичних частинок. Це створює умови для стискання всього пучка.

Для подальшого вкорочення пучка електронів команда застосувала хвилеподібний магніт. Він складається з рядів дипольних магнітів із замкнутими полями. Ці магніти постійно змінюють напрямок загального поля.

Завдяки такій системі електрони коливаються в різних напрямках. Це забезпечує безпрецедентне стискання пучка та формування надпотужного лазерного імпульсу. Отриманий промінь має достатню силу, щоб руйнувати матерію на субатомному рівні.

Петаватний лазер відкриває нові перспективи для вивчення фундаментальних взаємодій у фізиці високих енергій. Він дозволяє досліджувати створення пар частинка-античастинка з порожнього простору. Така технологія наближає нас до розуміння найглибших таємниць матерії.