Une collaboration internationale a développé une nouvelle technique de diagnostic pour mesurer les faisceaux de particules ultra-courtes dans l'installation laser centrale de STFC. Cette collaboration est dirigée par l'Université du Michigan et l'Université Queen's Belfast. La recherche relève un défi clé dans le développement d'alternatives compactes aux accélérateurs de particules de long kilomètre.
Les lasers d'électrons libres à rayons X actuels (XFEL), qui produisent des rayons X de type laser pour l'imagerie à l'échelle virale, nécessitent des installations d'étirement pour les kilomètres. Ces installations exigent des ressources et un espace substantiels que de nombreuses institutions ne peuvent pas s'adapter.
La technologie d'accélération Laser-Wakefield offre le potentiel de créer des capacités similaires dans les appareils suffisamment petits pour s'adapter à un banc de laboratoire. Cette approche fonctionne en concentrant une impulsion laser intense et ultra-cour dans le plasma, une question où les électrons et les ions sont séparés.
Le laser déplace les électrons des ions, créant un champ électrique qui fait osciller les électrons dans des motifs d'onde derrière l'impulsion laser, un peu comme un surfeur poussé par des vagues. Ces ondes peuvent accélérer les particules à des énergies élevées sur des distances plus courtes que les accélérateurs conventionnels.
Surmonter les difficultés de mesure
La mesure des faisceaux de particules résultantes s'est révélée difficile en raison de leur brève durée, durée moins de temps qu'elle ne fait que la lumière pour traverser la largeur des cheveux humains. Les techniques de mesure conventionnelles sont inadéquates pour ces échelles de temps. La solution de l'équipe STFC consiste à utiliser la lumière laser pour détourner les particules par de petites quantités.
En mesurant ces déviations et en analysant les oscillations du champ laser, les chercheurs peuvent déterminer simultanément la position et l'énergie des électrons individuels. Cette capacité de mesure double répond à une exigence fondamentale pour comprendre et contrôler ces faisceaux de particules ultra-court.
Expansion de l'accès scientifique
Le professeur Rajeev Pattathil, chef de nouveaux accélérateurs de l'installation laser centrale de STFC, explique la signification: « Les accélérateurs de plasma laser mûrissent à un niveau où des sources lumineuses avancées telles que les XFEL sont conçues sur la base de cette technologie. L'une des prérequites pour les caractéristiques temporelles de cette importance des éléments accélérés.
« En utilisant le système laser Gemini du CLF, la collaboration a créé une technique de diagnostic qui permet cette mesure. Il s'agit d'une étape majeure vers de futures sources lumineuses basées sur des accélérateurs axés sur le laser. »
La méthode de diagnostic représente une étape importante vers la renforce des sources de rayons X plus accessibles aux universités et aux institutions de recherche qui ne peuvent pas s'adapter aux installations d'accélérateur à grande échelle. Ces dispositifs compacts pourraient permettre de nouvelles recherches en biologie structurelle, en science des matériaux et en imagerie médicale.
La recherche démontre l'engagement continu de STFC à développer une instrumentation scientifique avancée et à soutenir la position du Royaume-Uni dans les sciences et la technologie de l'accélérateur. En permettant à plus d'institutions d'accéder aux capacités des rayons X, ce développement pourrait réduire les obstacles à l'infrastructure qui limitent actuellement les opportunités de recherche dans ces domaines. Cette progression contribue aux efforts continus pour rendre la recherche physique à haute énergie et les applications d'imagerie avancées plus largement disponibles pour la communauté scientifique.
