Ученые разработали карманный ускоритель частиц, способный излучать сверхкороткие пучки электронов с лазерным лучом со скоростью свыше 99,99% от скорости света. Для этого им пришлось замедлить свет с помощью металлической структуры, облицованной тонкими слоями кварца.

Устройство позволит физикам делать стробоскопические фотографии движения атомов. Снижение размеров и себестоимости технологии даст возможность применять ускорители частиц в новых сферах.

Ускорители частиц используются в исследовательских, инженерных и медицинских лабораториях, для лечения онкологических больных и просвечивания потенциально опасных грузов. Однако лежащая в их основе технология радиочастотного генератора была изобретена еще во время Второй мировой войны.

Оригинальный подход к применению лазеров для генерации импульсов света терагерцовой частоты предложила команда ученых из США. Главной трудностью было подогнать скорость ТГц-поля к околосветовой скорости пучка электронов — 99,99% — и предотвратить при этом сокращение отрезка взаимодействия поля и электронов, пояснили разработчики, пишет Phys.org.

Эту проблему они решили, создав уникальный терагерцовый источник, который испускает длинные импульсы, состоящие только из узкого диапазона частот. В результате они получили возможность одновременно измерять и манипулировать частицами во временном масштабе менее 10 фемтосекунд — столько времени требуется свету, чтобы преодолеть расстояние в 1/100 мм. Установка позволяет физикам получать фотографии атомов в движении.

Успешная демонстрация работы изобретения открывает путь к появлению высокоэнергетических, качественных терагерцовых ускорителей, более дешевых и компактных. Снижение размеров и себестоимости технологии даст возможность применять ускорители частиц в новых сферах.