Lazer-plazma hızlandırıcılar, elektronları yoğun bir lazer darbesinin ardında bıraktığı dalgada sörf yaptırarak geleneksel makinelerden bin kat daha güçlü elektrik alanları üretebilir — ancak enerjilerini sınırlayan bir kusur vardır: "faz kayması." Elektronlar, plazma içinde ışıktan biraz daha yavaş ilerleyen lazere hızla yetişir ve hızlandırıcı dalganın dışına düşer.

Nature Physics'te yayımlanan yeni bir çalışmada, Rochester Üniversitesi Lazer Enerjetiği Laboratuvarı'ndan (LLE) Charlie Arrowsmith liderliğindeki uluslararası bir ekip bu sınırı aşmak için "uçan odak" tekniğini kullandı. Teknik, sabit bir odak noktası yerine tepe yoğunluğu hareket eden uzun bir odak yaratıyor — ve bu odak vakumdaki ışık hızında hareket edecek şekilde ayarlandığında, hızlanan elektronlar dalgayı asla geride bırakamıyor.

Ekip, LLE'nin MTW-OPAL lazer sisteminde faz kaymasız hızlandırmayı göstererek elektronları, geleneksel sınırın aynı mesafede öngördüğü enerjinin iki katından fazlasına çıkardı. Bu, uzun süredir geçerli olan tavanın aşılabileceğinin ilk kanıtı.

Sonuçları büyük. Teknik, bir metre uzunluğundaki plazmada 100 GeV'lik elektron demetleri üretebilir — bu enerjiye en son 1990'larda CERN'in 27 kilometrelik Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı ulaşmıştı — ve daha da ileride, masaüstü TeV ölçeğinde hızlandırıcılar mümkün olabilir. Bu makineler, kuantum elektrodinamiğinin aşırı güçlü alanlarda çöküşünü test edebilir.

Ekip şimdiden uçan odağın hızını elektronlarla kusursuz şekilde eşleştirecek özel optikler tasarlıyor; bu, fikri NSF'nin planlanan OPAL tesisinde ölçeklendirmeye yönelik bir adım. İşe yararsa, geleceğin parçacık hızlandırıcıları kilometrelerle değil metrelerle ölçülebilir.

Kaynaklar