Amerikanische Physiker verwendeten zwei Laserpulse, die durch einen Strahl aus Wasserstoffgas geschickt wurden.
Klassische Teilchenbeschleuniger sindriesige Strukturen, erklären Wissenschaftler. Ziel der neuen Arbeit war es, ein Gerät zu schaffen, das den gleichen Effekt in einem Raumlabor erzielen kann. Dazu ist ein stärkerer Impuls erforderlich, der die Teilchen schon auf kurze Distanz beschleunigt.
Um ein solches Feld zu schaffen, verwendeten WissenschaftlerLaser-Wake-Beschleunigungsverfahren. Das Wesen dieser Technologie besteht darin, dass ein stark fokussierter Laserstrahl durch das Plasma geleitet wird. Der Impuls der Lichtwelle erzeugt Störungen und zieht die Elektronen mit sich. Dies sei mit einem Boot zu vergleichen, das sich durch das Wasser bewegt und Partikel in seinem Kielwasser (hinter sich selbst) einfängt, erklären die Wissenschaftler.
Simulation des Experiments: Ein roter Laserstrahl erzeugt dahinter einen Strom beschleunigter Elektronen (gelb). Bild: Bo Miao, IREAP
Dieses Verfahren wird seit Jahrzehnten vorgeschlagenDoch bisher konnten mit seiner Hilfe Elektronen nur um wenige Zentimeter beschleunigt werden, danach wird die Energie des Strahls im Plasma dissipiert. In ihrer Arbeit schlugen die Physiker vor, mit einem Laser einen Wellenleiter in das Plasma zu stechen, entlang dem sich ein vom Licht eingefangener Elektronenstrom bewegen würde.
Um einen Plasmawellenleiter zu erstellen, muss der Befehlverwendet einen zusätzlichen Laserstrahl und einen Strahl aus Wasserstoffgas. Wenn dieser zusätzliche "Führungs"-Laser durch den Strahl hindurchgeht, löst er Elektronen von Wasserstoffatomen und erzeugt einen Plasmakanal. Das Plasma ist heiß und beginnt sich schnell auszudehnen, wodurch ein "Kern" mit geringerer Dichte entsteht, während das Gas mit höherer Dichte eine zylindrische Hülle bildet. Dann wird der Hauptlaserstrahl durch diesen Kanal geleitet.
Mit Hilfe ihrer Technologie zerstreuten sich WissenschaftlerElektronen in einem Abschnitt von nur 20 cm auf nahezu Lichtgeschwindigkeit gebracht: Die Energie einiger von ihnen erreichte 5 GeV. Dieser ist nur dreimal kleiner als der SLAC-Beschleuniger in Stanford, der mehr als 3 km lang ist.
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