Группа ученых и инженеров из германской исследовательской организации Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) достигла очень важного этапа на пути создания ускорителя частиц следующего поколения. Впервые созданный ими экспериментальный лазерно-плазменный ускоритель LUX beamline проработал непрерывно более суток, точнее, в течение 30 часов, генерируя лучи высокоэнергетических электронов. И теперь технология лазерно-плазменного ускорения, по мнению ученых, готова выйти из стен лабораторий в поле практического применения.

Ученые-физики надеются, что метод лазерно-плазменного ускорения станет основой нового поколения мощных и компактных ускорителей частиц. В этом методе луч лазерного света или пучок высокоэнергетических частиц создает плазменную волну во внутреннем объеме ускорителя, геометрия которого тщательно рассчитывается и приближается к идеальной. Плазма — это газ, в котором молекулы газа лишены части своих электронов, в ускорителе LUX в качестве этого газа используется чистый водород.

Импульсы лазерного света проходят сквозь газ в форме тонких энергетических дисков, которые буквально сдирают электроны с атомов водорода и «отметают» эти электроны в нужную сторону. Затем эти электроны ускоряются положительно заряженной плазменной волной, подобно тому, как серферы движутся на гребне морской волны.

Это явление позволяет плазменным ускорителям достигать скоростей и энергий разогнанных электронов в тысячи раз больших, чем это могут сделать самые мощные из существующих линейных или синхротронных ускорителей. Однако, для того, чтобы сделать плазменные ускорители ближе к практическому применению, ученым еще предстоит решить ряд сложных технических проблем, таких как недавно решенная проблема с длительностью непрерывной работы.

Во время рекордного по длительности периода работы ускорителя LUX ученые разгоняли более чем 100 тысяч электронных «пакетов» по одному за каждую секунду времени. Благодаря возможности точной настройки лазера и параметров создаваемой плазменной волны, характеристики выходного электронного луча могут изменяться в широком диапазоне и поддерживаться с высокой точностью. «Теперь нам точно известно то, что мы должны сделать для получения более качественного луча электронов» — пишут исследователи, — «Вскоре мы создадим новую технологию активной стабилизации лучей, которая позволит вывести новый ускоритель на более высокий качественный уровень».

Отметим, что во время рекордного периода работы ускорителя LUX ученые занимались испытаниями работы вакуумной системы, лазеров очень сложной системы управления всем этим. «В принципе, система могла продолжать работать и дальше. Но мы приняли решение остановить ее после 30 часов, так как за это время мы выяснили все нас интересующее» — пишут исследователи, — «После этого мы повторяли подобные запуски еще три раза, каждый раз уточняя некоторые моменты».

«Наша работа демонстрирует, что лазерно-плазменные ускорители являются хорошо управляемыми устройствами, позволяющими получать высококачественные лучи высокоэнергетических частиц» — подводят итог исследователи, — «И мы надеемся, что новые технологии, реализованные нами в конструкции ускорителя LUX, станут основой для создания ускорителей следующих поколений здесь, в DESY, и в других уголках земного шара».