Ein Team von Physikern im SLAC National Accelerator Laboratory in Menlo Park, Kalifornien, erzeugte die höchsten Stromstrahlen mit höchstem Paket, die jemals produziert wurden. Das Team hat ihre veröffentlicht Papier In Physische Überprüfungsbriefe.
Seit vielen Jahren finden Wissenschaftler neue Verwendungszwecke für hochrangige Laserlicht, von Spalten von Atomen bis hin zur Nachahmung von Bedingungen innerhalb anderer Planeten. Für diese neue Studie erhöhte das Forschungsteam die Leistung von Elektronenstrahlen und gab ihnen einige der gleichen Fähigkeiten.
Die Idee hinter den neueren, leistungsstärkeren Strahlen war ziemlich einfach, räumt das Team ein; Es war herauszufinden, wie es schwierig war, es zu erreichen. Die Grundidee besteht darin, so viel Ladung wie möglich in kürzester Zeit zu packen. In ihrer Arbeit erzeugten sie 100 Kiloamps Strom für nur ein vierzigstelter Sekunde.
Die Arbeit beinhaltete das Versenden von Elektronenstrahlen mit hoher Energien um einen Beschleuniger. In solchen Geräten werden die Elektronen von leistungsstarken Magneten auf höhere Geschwindigkeiten gedrängt – sie reiten auf Funkwellen in einem Vakuum. Das Team vergleicht die Elektronen mit einem Rennwagen, das um eine ovale Strecke fährt. In ihrem Fall wurden die Elektronen beschleunigt, um ungefähr 99% der Licht zu beschleunigen. Aber wenn die Elektronen die Wende auf der Strecke erreichen, müssen sie ausweichen, was sie verlangsamt. Um die Kurve schneller zu nehmen, muss das Rennwagen (Elektron) einen geraden Weg einschlagen, als die Norm war.
Um diesen geraden Pfad einzuschlagen, schickten die Forscher eine Reihe von Elektronen einen Millimeter lang um die Strecke. In einer solchen Konfiguration bewegten sich die Elektronen vor einem weniger Steep-Teil der Funkwelle entlang, was bedeutete, dass sie mit weniger Energie aus der Kurve kamen-ein Phänomen, das als Chirp bekannt ist. Die Forscher verwendeten dann Magnete, um die Elektronen nach links, dann rechts und dann wieder links zu machen, bevor sie es ihnen erlaubten, auf ihren ursprünglichen Weg zurückzukehren.
Da die Magnete dann mehr Elektronen mit geringerer Energie abgelenkt haben als diejenigen mit höheren Energien, mussten diejenigen mit niedrigeren Dichten einen etwas längeren Weg einnehmen-und dieser längere Weg ermöglichte es, die höherenergetischen Elektronen aufzuholen, was zur Komprimierung der Elektronenkette führte. Die Forscher fügten dann einen weiteren Magneten hinzu, der zum Licht gegen Licht gegen Licht ausgetauscht wurde, was die zwitschern noch dramatischer machte.
Sie ließen dann die Saiten mehrmals um die Strecke um die Strecke ließen, und jedes Mal machte der Strahl leistungsfähiger, aber kürzer. In seinem Zenit war der Puls nur 0,3 Mikrometer lang.
Das Forschungsteam schlägt vor, dass ihre Technik zu neuen Arbeiten führen könnte, die chemische Prozesse beinhalten oder neue Arten von Plasma produzieren oder mehr über die Natur des leeren Raums enthüllen.
Weitere Informationen:
C. Emma et al., Experimentelle Erzeugung extremer Elektronenstrahlen für fortschrittliche Beschleunigeranwendungen, Physische Überprüfungsbriefe (2025). Doi: 10.1103/PhysRevlett.134.085001. An Arxiv: Doi: 10.48550/arxiv.2411.10413
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