Bilim insanları, lazer ışığıyla elektron demetlerini ışık hızının %99,99’una çıkarabilen, cep tipi kompakt bir parçacık hızlandırıcı geliştirmeyi başardı. Araştırmacılar bu sonuca ulaşmak için, ışığı yavaşlatarak elektron hızıyla eşlemek zorundaydı. İşte bunun için bilim insanları, insan saçından bile ince kuartz tabakaları dizili metalden bir düzenek oluşturdu.
Bu büyük atılım sayesinde 10 femtosaniyeden kısa sürede parçacık manipülasyonu ve ölçüm kabiliyeti ediniliyor. Bu sayede atomik hareketin strop( elektronik flaş) fotoğrafları yaratılabilecek.
Yapılan bu demonstrasyon sayesinde,yüksek enerjili, yüksek yüklü, yüksek kaliteli Terahertz sürücülü hızlandırıcılar daha ucuza mal olurken , boyut da küçülecek. Hızlandırıcıların küçülmesi ve ucuzlamasıyla daha geniş çaplı uygulamalarda inanılmaz makineler yapılabilir.
Parçacık hızlandırıcılar, parçacık fiziği, malzeme karakterizasyonu, radyoterapi cihazlarında, radyo izotop üretimiyle tıbbi görüntülemede ve güvenliklerin kargo görüntülemesinde kullanılabiliyor. Bu teknolojinin (radyo frekans hızlandırıcı) temeli,2. Dünya Savaşı’nda radarların geliştirilmesiyle atıldı.
Nature Photonics’de yeni yayınlanan bir araştırmada, ,Terahertz frekansta ışık atımları yapabilen lazerlerin kullanmanın eşsiz bir çözüm olduğu gösterildi. Terahertz bölgesi kızılötesi(TV kumandası) ve mikrodalga(fırın) spektrum arasındaki bölgedir. Lazerlerler üretilen THz radyasyon ideal milimetrelik ölçekte dalga rejiminde olduğunda, yapı dokusu basittir. Bu yarım döngülük dalga boyları ile tüm elektron demetlerini yüksek yüklü miktarda hızlandırabilir.
Daha Ucuz ve Küçük Olduğundan Kullanım Alanı Genişleyecek
Baş yazarlığını Manchester Üniversitesi’nden Dr. Morgan Hibberd’in yaptığı araştırmada şöyle deniyor: “ Asıl zorluk; hızlandırılmış THz alanın hızını, neredeyse ışık hızındaki elektron ışını hızıyla eşleştirirken; aynı zamanda düşük hızlı THz atım zarfının dağılmasıyla, sürüş alanı ve elektron etkileşimi üzerindeki hızlanan yapının uzunluğunu önemli miktarda kısaltmasını engellemekti.”
“İşte bu problemi daha uzun atımlar üretirken daha dar frekans aralığında kalabilen eşsiz bir THz kaynağı geliştirerek, etkileşimi önemli miktarda arttırdık. Sonraki adımımız, ışın kalitesini korurken daha yüksek enerji kazanımı sağlamak olacak. Bunu yaparsak THz kaynağı enerjisini rafine ederek arttırabilmeyi umuyoruz ve bunun üzerinde çalışıyoruz.”
Terahertz frekans lazer atımları ile kontrollü rölativistik ışın demetleri üretmek parçacık hızlandırıcılarda bir devrim yaratabilir.Mevcut parçacık hızlandırıcılara kıyasla elektromanyetik frekanslar 100 kat daha yüksek parçacık ışınların femtosaniye kontrolünü sağlayacaktır.
Araştırmacılar Hamburg’daki 3 km’lik X ışını kaynağı gibi araştırma hızlandırıcılarına gözünü dikti. Araştırmacılar bu çalışmaların radyoterapi ve materyal karakterizasyonu alanlarında doğrudan etkileri olacağını düşünüyor.
Kaynak: https://phys.org/news/2020-08-scientists-compact-particle-electron-nearer.html?
İleri Okuma: Morgan T. Hibberd et al. Acceleration of relativistic beams using laser-generated terahertz pulses, Nature Photonics (2020). DOI: 10.1038/s41566-020-0674-1
