Elektronen werden mithilfe von lasergeneriertem Plasma in Laser-Wakefield-Beschleunigern (LWFAs) auf hohe Energie beschleunigt. Mit Hunderten von Metern statt Zentimetern sind diese Geräte viel kleiner als hochfrequenzbasierte Teilchenbeschleuniger, was sie zu kostengünstigeren und effektiveren Ersatzstoffen macht. Die Fähigkeit von LWFAs, Partikel mit Energien zu erzeugen, die mit denen ihrer herkömmlichen Gegenstücke vergleichbar sind, muss noch von Forschern nachgewiesen werden. Nun sind Xinzhe Zhu von der Shanghai Jiao Tong University und Kollegen diesem Ziel einen Schritt näher gekommen, indem sie einen Mechanismus demonstrierten, der mehrere LWFAs so bindet, dass ihr Beschleunigungspotenzial erhöht wird.
In einem LWFA treiben geladene Teilchen eine von einem leistungsstarken Laser erzeugte Plasmawelle auf relativistische Geschwindigkeiten an. Ein einzelner LWFA kann nur wenige GeV Teilchenenergie liefern, da die Laserenergie mit der Entfernung abnimmt und der Teilchenstrahl und die Plasmawelle schnell die Koordination verlieren. Diese Probleme können gelöst werden, indem die Partikel über mehrere miteinander verbundene LWFAs geschickt werden. Aktuelle Methoden zur Kombination von LWFAs erfordern jedoch, dass der Strahl auf jede Verbindung fokussiert wird, was die Effizienz des Prozesses verringert.
Zhu und Kollegen können dieses Problem umgehen, indem sie einen kontinuierlichen Kanal für Partikel aufrechterhalten und die Laser jedes LWFA entlang einer gekrümmten Flugbahn auf das Medium richten. Um diesen Ansatz zu demonstrieren, schuf die Gruppe ein gebogenes, 3 cm langes Rohr in einem Saphirblock. Ein vorbeschleunigter Elektronenstrahl gelangt auf einer geraden „Autobahn“ in die LWFA, während sich der Laser entlang einer gekrümmten „Rampe“ bewegt, die durch Änderungen der Plasmadichte gesteuert wird. Die Anordnung ähnelt einer Autobahnauffahrt.
Zhu und Kollegen zeigen, wie ihr System sowohl injizierte Elektronen auf Energie unterhalb von GeV beschleunigen als auch den LWFA-Laser steuern kann. Dem bestehenden werden nun neue LWFAs hinzugefügt, um Elektronen auf TeV-Energien zu beschleunigen.
Quelle: physical.aps.org/articles/v16/s74
Günceleme: 25/05/2023 17:19