На сайте Phys.org опубликована заметка "Compact electron accelerator reaches new speeds with nothing but light" - "Компактный ускоритель электронов достигает новых скоростей, используя только свет".

Ученые, использующие точное управление сверхбыстрыми лазерами, разогнали электроны на 20-сантиметровом участке до скоростей, обычно предназначенных для ускорителей частиц размером с 10 футбольных полей.

Команда Университета штата Мэриленд в сотрудничестве с командой из Университета штата Колорадо (CША) добилась этого успеха, используя два лазерных импульса, отправленных через струю газообразного водорода. Первый импульс разорвал водород, проделав в нем дыру и создав канал плазмы. Этот канал направлял второй, более мощный импульс, который выхватывал электроны из плазмы и увлекал их за собой, разгоняя их почти до скорости света. С помощью этого метода команда ускорила электроны почти до 40% энергии, достигнутой на массивных объектах, таких как километровый источник когерентного света Linac (LCLS) - ускоритель в Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

Это первый ускоритель электронов на несколько ГэВ, работающий исключительно на лазерах. А поскольку лазеры становятся все дешевле и эффективнее, ожидается, что эта техника станет тем способом, которым смогут воспользоваться исследователи в этой области.

Мотивацией для новой работы являются ускорители, такие как LCLS - километровая взлетно-посадочная полоса, которая ускоряет электроны до 13,6 ГэВ — энергии электрона, движущегося со скоростью 99,99999993% скорости света. На ускорителе-предшественнике LCLS получены три открытия фундаментальных частиц, получившие Нобелевскую премию.

Ускорение электронов до энергий в десятки ГэВ — непростая задача. Линейный ускоритель SLAC дает электронам необходимый толчок, используя мощные электрические поля, распространяющиеся в очень длинном ряду сегментированных металлических трубок. Если бы электрические поля были более мощными, они вызвали бы "грозу" внутри трубок и серьезно их повредили. Не имея возможности толкать электроны сильнее, исследователи решили просто подталкивать их дольше, предоставляя частицам больше взлетно-посадочной полосы для ускорения. Отсюда и километровый срез на ускорителе в северной Калифорнии. Чтобы довести эту технологию до более управляемого масштаба, команды авторов из Мэриленда и Колорадо работали над ускорением электронов почти до скорости света, используя — что вполне уместно — сам свет.

В конечном счете цель состоит в том, чтобы сжать ускорители электронов с масштабом ГэВ до комнаты скромных размеров. Вы берете устройства километрового масштаба, и у вас есть еще в 1000 раз более сильное ускоряющее поле. Итак, вы переводите километровый масштаб в метровый масштаб, это цель этой технологии.

Для создания этих более сильных ускоряющих полей в лаборатории используется процесс, называемый ускорением лазерного кильватерного поля, при котором импульс сильно сфокусированного и интенсивного лазерного света направляется через плазму, создавая возмущение и увлекая за собой электроны.

Все подробности можно узнать из статьи, находящейся в открытом доступе:

B. Miao et al. Multi-GeV Electron Bunches from an All-Optical Laser Wakefield Accelerator. Phys. Rev. X 12, 031038 (2022). DOI:10.1103/PhysRevX.12.031038.