Dimensionierung von Speziallicht zur Verkleinerung von Teilchenbeschleunigern

Forscher haben eine neue Technik entwickelt, um spezielles „Terahertz“-Licht besser messen zu können. Dieses Licht breitet sich in Wellen aus, die länger sind als das Infrarotlicht, das jenseits dessen liegt, was das menschliche Auge wahrnimmt. Die neue Sampling-Technik bewahrt die Korrelationen zwischen Ort und Zeit in einem Terahertz-Lichtpuls. Die Technik ermöglicht es Forschern, die Form von Terahertz-„Lichtkugeln“ zu messen, fokussierte Lichtblitze, die ebenso breit wie lang sind. So lernen Forscher, wie sie mit Terahertz-Pulsen Teilchenbeschleuniger verbessern können. Teilchenbeschleuniger helfen Wissenschaftlern, neue Materialien, Proteine ​​und sogar die Bausteine ​​unseres Universums zu untersuchen, und verbesserte Beschleuniger würden dazu beitragen, Industrie, Medizin und wissenschaftliche Forschung voranzubringen.

Moderne Teilchenbeschleunigeranlagen können riesig sein. Die Terahertz-Technologie könnte einen Weg bieten, sie zu miniaturisieren. Beispielsweise ist der Protonenbeschleuniger an der Spallation Neutron Source, einer Einrichtung des Energieministeriums, drei Fußballfelder lang. Mit Terahertz-Licht könnten Teilchen die gleiche Energie in weniger als der Länge einer Endzone erreichen. Eine solche Miniaturisierung könnte Einrichtungen helfen, höhere Energien für neue wissenschaftliche Entdeckungen zu erreichen. Dazu müssen die Wissenschaftler mehr über die Eigenschaften und das Verhalten von Terahertz-Licht erfahren. Diese neue Messtechnik wird dazu beitragen, diese kleineren zukünftigen Beschleuniger zu ermöglichen.

Wissenschaftler des Oak Ridge National Laboratory, der Heimat der Spallation Neutron Source-Benutzereinrichtung, untersuchen, wie Terahertz-Licht erzeugt und verwendet werden kann, um Teilchenbeschleuniger mit Terahertz-Technologie zu ermöglichen. Die Herstellung von Terahertz-Lichtkugeln mit intensiven Lasern ist eine vielversprechende Methode, da die Terahertz-Energie stark konzentriert ist und sehr hohe Beschleunigungsfelder erzeugt. Durch die Entwicklung einer neuen Messtechnik haben Forscher entdeckt, dass dieses Terahertz-Licht seine Form ändert, wenn es auf sein Ziel fokussiert wird, was möglicherweise die Leistung des Teilchenbeschleunigers beeinträchtigt.

Die Terahertz-Lichtkugeln ändern ihre Form, weil sie aus vielen Terahertz-Frequenzen bestehen, ähnlich wie weißes Licht aus verschiedenen sichtbaren Frequenzen oder Farben besteht. So wie sich die Farben von weißem Licht zu einem Regenbogen trennen können, können sich die Farben dieses Terahertz-Lichts voneinander trennen, wenn es auf ein Ziel fokussiert wird. Wenn dies nicht berücksichtigt wird, führt diese Trennung zu Unvollkommenheiten in der Form des Lichts und macht es weniger konzentriert, was zu einer schwächeren Teilchenbeschleunigung führen könnte. Mit dieser neuen elektrooptischen Abtastmethode in Kombination mit Modellierungswerkzeugen können diese Unvollkommenheiten jedoch gemessen und beim Design neuer Optiken zur Korrektur der Terahertz-Form verwendet werden. Mit einem cleveren Optikdesign könnte es sogar möglich sein, die Terahertz-Form zu verbessern und die Teilchenbeschleunigung zu erhöhen.

Die Studie wurde veröffentlicht in Körperliche Überprüfung A.