Een team van wetenschappers heeft een manier bedacht om elektronenbundels te verbeteren en helderdere röntgenstralen te produceren:plaats er een ring op. Het team, waaronder onderzoekers van het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy en Stanford University, publiceerden hun resultaten in Fysieke beoordelingsbrieven eerder deze maand.

Bij röntgenvrije-elektronenlasers zoals SLAC's Linac Coherent Light Source (LCLS), wetenschappers comprimeren en versnellen elektronenbundels tot bijna de lichtsnelheid, beweeg ze vervolgens heen en weer door een reeks magneten om röntgenstralen te creëren. Deze röntgenstralen worden vervolgens gebruikt om biologische, chemische en materiële monsters, waardoor wetenschappers beelden met een hoge resolutie kunnen maken van hoe hun moleculaire structuren bewegen.

Onderzoekers hebben ontdekt dat deze elektronenbundels het meest stabiel zijn als ze lang en glad zijn, als een American football, produceert helderdere röntgenstralen met meer uniforme golflengten en maakt beelden met een hogere resolutie mogelijk. Maar omdat elektronen elkaar afstoten wanneer ze in een vacuüm worden gegenereerd, de trossen worden korter en onvoorspelbaar ongelijk, "als een leeggelopen voetbal bedekt met spikes, ", zegt SLAC-wetenschapper en hoofdonderzoeker Sergio Carbajo.

Het voetbal opblazen

Om dit probleem aan te pakken, wetenschappers gebruiken een apparaat dat een laserverwarmer wordt genoemd, een techniek die al lang bij SLAC is bestudeerd door co-auteurs Zhirong Huang en Daniel Ratner. De laserverwarmer schudt de elektronenbundel heen en weer terwijl deze het pad van een infrarode laserstraal volgt, waardoor wetenschappers langer kunnen creëren, beter gevormde trossen. Dit proces injecteert energie in de trossen, "vroeg een beetje chaos introduceren om meer chaos langs de lijn te voorkomen, ' zegt Carbajo.

"Het idee is dat als we niets doen om de spikes van de voetbal op te blazen en glad te strijken voordat we hem door de lineaire versneller sturen, de onvolkomenheden zullen versterken en de kwaliteit van de straal zal verslechteren, "zegt hij. "Maar als we het elektron 'verwarmen' en de energieverdeling in het begin veranderen, we kunnen de vorm aanpassen om de kwaliteit te verbeteren wanneer het het einde van het gaspedaal bereikt."

"Donutlaser"

In dit nieuwe onderzoek het team verbeterde dit apparaat door de laserstraal uit te hollen in een ringvormige "donutlaser". Deze nieuwe elektronenvormende techniek verbetert de oneffenheden en produceert een stabielere bundel omdat elektronen anders worden geschud, afhankelijk van hoe dicht ze zich bij het midden van de ring bevinden. Het eindresultaat is een perfect gevormde voetbal die past in elke subatomaire Super Bowl.

"Deze techniek verhoogt de algehele kwaliteit van de elektronenbundel, "Zegt Carbajo. "Het biedt nauwkeurige controle over de vorm van een elektronenstraal en kan daarom van cruciaal belang zijn bij het vergroten van de prestaties van wetenschappelijke instrumenten die erop vertrouwen, zoals opbergringen, lineaire versnellers en lichtbronnen."