Deeltjesversnellers genereren hoogenergetische bundels van elektronen, protonen en ionen voor een breed scala aan toepassingen, inclusief deeltjesversnellers die licht werpen op de subatomaire componenten van de natuur, Röntgenlasers die atomen en moleculen filmen tijdens chemische reacties en medische apparaten voor de behandeling van kanker.

Als vuistregel, hoe langer het gaspedaal, hoe krachtiger het is. Nutsvoorzieningen, een team onder leiding van wetenschappers van het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy heeft een nieuw type versnellerstructuur uitgevonden die een 10 keer grotere energiewinst oplevert over een bepaalde afstand dan conventionele. Hierdoor kunnen versnellers die voor een bepaalde toepassing worden gebruikt 10 keer korter worden.

Het belangrijkste idee achter de technologie, beschreven in een recent artikel in Technische Natuurkunde Brieven , is om terahertz-straling te gebruiken om de energieën van deeltjes te stimuleren.

In de hedendaagse versnellers, deeltjes halen energie uit een radiofrequentieveld (RF) dat wordt toegevoerd aan specifiek gevormde versnellerstructuren, of gaatjes. Elke holte kan slechts een beperkte energieboost leveren over een bepaalde afstand, er zijn dus zeer lange reeksen holtes nodig om hoogenergetische bundels te produceren.

Terahertz en radiogolven zijn beide elektromagnetische straling; ze verschillen in hun respectieve golflengten. Omdat terahertz-golven 10 keer korter zijn dan radiogolven, holtes in een terahertz-versneller kunnen ook veel kleiner zijn. In feite, degene die in deze studie werd uitgevonden was slechts 0,2 inch lang.

Een grote uitdaging bij het bouwen van deze kleine holtestructuren is om ze heel precies te bewerken. De afgelopen jaren is SLAC-teams hebben een manier ontwikkeld om precies dat te doen. In plaats van het traditionele proces van het stapelen van vele lagen koper op elkaar, ze bouwden de minuscule structuur door twee helften te bewerken en aan elkaar te hechten.

De nieuwe structuur produceert ook deeltjespulsen die duizend keer korter zijn dan die uit conventionele koperstructuren. die kunnen worden gebruikt om stralen te produceren die met een hogere snelheid pulseren en meer kracht ontketenen gedurende een bepaalde tijdsperiode.

Volgende, de onderzoekers zijn van plan om de uitvinding om te zetten in een elektronenkanon - een apparaat dat ongelooflijk heldere elektronenstralen kan produceren voor ontdekkingswetenschap, inclusief de volgende generatie röntgenlasers en elektronenmicroscopen waarmee we in realtime kunnen zien hoe de natuur werkt op atomair niveau. Deze stralen kunnen ook worden gebruikt voor de behandeling van kanker.

Om dit potentieel waar te maken, is ook de verdere ontwikkeling van bronnen van terahertzstraling en hun integratie met geavanceerde versnellers nodig, zoals beschreven in dit onderzoek. Omdat terahertzstraling zo'n korte golflengte heeft, zijn bronnen zijn bijzonder uitdagend om te ontwikkelen, en er is momenteel weinig technologie beschikbaar. SLAC-onderzoekers streven naar zowel elektronenstraal- als lasergebaseerde terahertz-generatie om de hoge piekvermogens te leveren die nodig zijn om hun versnelleronderzoek om te zetten in toekomstige real-world toepassingen.