Физики из Национальной ускорительной лаборатории SLAC создали мощнейшие в истории импульсы электронов, сопоставимые по пиковой мощности с миллионом ядерных реакторов. Эти сверхкороткие всплески энергии открывают новые возможности для изучения материи, моделирования астрофизических явлений и даже экспериментов по квантовой физике.
Исследование, опубликованное в Physical Review Letters, демонстрирует методику сжатия электронных пучков, в результате чего удалось получить импульсы мощностью в один петаwатт и длительностью всего одну квадриллионную долю секунды. При этом пучки несут ток в 100 килоампер.
Ключ к такому достижению – технология чередующегося ускорения и сжатия. Исследователи использовали стандартные магнитные “шиканы”, чтобы управлять движением электронов и сжимать их в сверхкороткие bunches. Однако стандартный метод не позволял добиться предельной плотности, так как при слишком резких изгибах электроны теряли энергию. Чтобы этого избежать, команда SLAC применила уникальный подход: перед компрессией электронный пучок проходил через специальный магнит – он позволял им взаимодействовать с лазерным импульсом, создавая резкий “chirp” (градиент энергии внутри bunch’а), который затем использовался для более эффективного сжатия.
Повторяя этот процесс несколько раз, ученые достигли длины bunch’а всего в 0,3 микрометра, что является рекордным показателем. Этот подход не только делает возможными более мощные рентгеновские лазеры, но и открывает перспективы создания мегамперных пучков электронов, способных разрывать виртуальные частицы из вакуума – явление, предсказанное квантовой теорией, но пока не наблюдавшееся экспериментально.
Следующий шаг команды – усовершенствовать метод, заменив лазер на плазменную ячейку, что позволит добиться еще более коротких bunch’ей и приблизиться к созданию мегамперных электронных пучков.