Сотворен 1-ый в мире настольный ускоритель заряженных частиц

Я, как, наверняка, хоть какой учёный либо научный журналист, тогда посмеялась над нелепыми попытками учёного-гения. Но, оказывается, фантастика не так далека от действительности! Технологии не стоят на месте и, полностью может быть, уже через пару 10-ов лет хоть какой довольно увлечённый своим делом физик и вправду сумеет сделать новейший хим элемент прямо у себя в лаборатории. И, пожалуй, ему даже не пригодится таковая крупная комната как у Тони Старка!

Сегодняшнее достижение команды исследователей из Техасского института трудно переоценить. Им удалось сделать малогабаритный ускоритель заряженных частиц, выполняющий почти все функции собственных наиболее больших аналогов. Практически, учёные смогли сохранить свойства обыденного ускорителя, уменьшив его размеры в 10 тыщ раз.

Ускорители заряженных частиц - устройства очень дорогостоящие и чрезвычайно огромные. Например, основное кольцо повторяющегося ускорителя Огромного адронного коллайдера имеет длину окружности аж в 27 км, а протяжённость южноамериканского Тэватрона составляла 6,3 километра. Стройку таковых большущих установок занимает много времени и далековато не все страны могут это для себя дозволить.

Исследователи из Техасского института (University of Texas) смогли решить эту делему, пообещав учёным всего мира, что уже через пару десятилетий им не надо будет вставать в лист ожидания, чтоб провести опыт на большом ускорителе частиц.

«Нам удалось разогнать около полумиллиарда электронов до энергии в два гигаэлектронвольта на отрезке длиной всего в пару см. До этого времени таковых результатов удавалось достичь только на больших ускорителях, протяжённость которых превосходит длину 2-ух футбольных стадионов. Мы сделали самый малогабаритный в мире ускоритель заряженных частиц, сократив габариты приблизительно до 0,0001% от обычных установок», - ведает физик Майк Даунер (Mike Downer) из Института естественных наук (College of Natural Sciences) при Техасском институте.

Даунер и его коллеги считают, что уже в обозримом будущем любая большая научная лаборатория сумеет дозволить для себя поставить на десктоп лазерно-плазменный ускоритель, способных разогнать частички до энергии в несколько гигаэлектронвольтов.

Согласно догадкам учёных, убыстрить частички до 10 ГэВ на участке длиной в несколько см можно будет уже через пару-тройку лет, а через 10 лет покажутся ускорители, способные на том же участке разогнать частички до энергии в 20 ГэВ. Также создатели считают, что путём проведения неких модификаций уже имеющегося настольного ускорителя получится сделать таковой же малогабаритный рентгеновский лазер на вольных электронах - самый броский источник рентгеновского излучения, узнаваемый современной науке. Создание такового устройства поможет существенно уменьшить очередь к Европейскому лазеру на вольных электронах, который начнёт работать в 2016 году.

Настольным лазером сумеют воспользоваться не только лишь физики, да и химики, и биологи, которые будут учить живую и неживую материю на молекулярном уровне с точностью до пары атомов и разрешением по времени в пару фемтосекунд (10-15 секунды). Таковой широкий диапазон способностей, который раскроется уже через несколько лет перед учёными, убыстрит в разы все естественнонаучные исследования.

«Рентгеновские лучи будут производиться за одну фемтосекунду, а это достаточный период времени для появления молекулярных вибраций и протекания скоростных хим реакций. Таковым образом мы сможем рассмотреть, например, атомную структуру белковой молекулы живой ткани», - ведает Даунер.

Для того чтоб вынудить электроны создавать такие рентгеновские лучи, Даунер и его коллеги применили способ кильватерного ускорения с помощью лазера. Эта методика предполагает направление массивного лазерного луча на скопление газа.

«На 1-ый взор разработка чрезвычайно проста. Необходимо всего только сделать скопление газа определённой плотности и конфигурации. Когда пучок лазера попадает вовнутрь облака, то лучи ионизируют газ и делают плазму, меняя структуру атомов. В процессе ионизации высвобождаются электроны и создаются поля пространственного заряда. Заряженные частички вылетают из облака плазмы и попадают в ловушку этих полей, которые двигаются со скоростью близкой к световой. Таковым образом достигается ускорение», - говорит Даунер.

Учёный приводит сопоставление: «Представьте, что вы бросаете в озеро моторную лодку с включёнными движками. Лодка (лазер), передвигаясь по озеру с большой скоростью, создаёт кильватерный след. Некие капли воды (заряженные частички), попадают на создаваемые волны и ускоряются совместно с ними. На другом конце озера они добиваются чрезвычайно больших скоростей. Это и есть наши 2 ГэВ».

К слову, разработка лазерно-плазменного ускорения не так и нова. Она была изобретена ещё в конце 1970-х годов физиками Тосики Тадзимой (Toshiki Tajima) и Джоном Доусоном (John Dawson). Активные опыты с сиим способом начались уже в 1990-х годах, но учёные были ограничены в способностях из-за низкой мощности используемых лазеров. В протяжении почти всех лет не удавалось преодолеть порог энергии в 1 ГэВ.

Команда Даунера решила применять один из мощнейших лазеров в мире - Техасский петаваттный - чтоб в конце концов преодолеть этот барьер. Внедрение конкретно данной установки позволило учёным взять намного наименее плотный газ для опыта, чем традиционно.

«Если скопление газа неплотное, то луч лазера проходит через него намного скорее. Но ежели применять лазер недостаточно мощнейший, то создаётся недостаточно “брызг”, и электроны не ускоряются. С петаваттным лазером таковой трудности не возникает: он запускает луч в плазму малой плотности и делает большой всплеск», - объясняет Даунер.

Физики уже показали возможности малогабаритного ускорителя и обрисовали его способности в статье журнальчика Nature Communications. Они считают, что достижение наиболее больших энергий на таковых же маленьких отрезках - это только вопросец времени. Порог в 10 ГэВ, который можно будет преодолеть уже через пару лет, чрезвычайно важен, так как конкретно такое устройство нужно для исследований в области молекулярной биологии и химии.

«Мы не думаем, что для этого будет нужно какое-то базовое открытие, необходимо просто продолжать двигаться в том же направлении. Петаваттные лазеры уже имеются в продаже, так что, я считаю, что до возникновения на рынке настольных 10 гигаэлектронвольтных ускорителей осталось совершенно незначительно. Это будет началом новейшей главы в истории науки», - сказали физики в пресс-релизе.





Марсианский зонд MRO провел съемку кометы ISON

Ученые: чипсы и сухарики небезопасны для малышей