البلازما تعطي الإلكترونات "محرك توربو"

طريقة التسريع الجديدة تضاعف الطاقة من الجزيئات في أقصر الطرق الممكنة

يظهر الشريط الأزرق زيادة الطاقة الدراماتيكية لعدد قليل من الإلكترونات. © جامعة ستانفورد
قراءة بصوت عال

يبدو أن التسارع من 100 إلى 200 كم / ساعة في حدود 2 سم فقط - يبدو هذا مستحيلًا في البداية ، ولكن ما يعادل ذلك قد تحقق الآن من قبل فيزيائيي الجسيمات. مع الإلكترونات كـ "سيارة سباق" و بلازما من الغاز المؤين كمحرك توربو. كما أفاد الباحثون الآن في "الطبيعة" ، فقد ضاعفوا طاقة الإلكترونات التي تطير بسرعة الضوء. التكنولوجيا الجديدة يمكن أن تمهد الطريق أمام رؤى جديدة في فيزياء الجسيمات عالية الطاقة.

مجموعة كاملة من الأسئلة التي لم تحل بعد في الفيزياء ، مثل طبيعة الطاقة المظلمة أو تركيبة المادة ، لا يمكن الإجابة عليها بتقنية اليوم. لم تتمكن مسرعات الجسيمات بعد من إنتاج حزم جسيمات نشطة بما يكفي لاكتشاف حتى الظواهر والجسيمات قصيرة العمر للغاية.

طول الذراع بدلا من حلقة كيلومتر

قام فريق من العلماء بقيادة الفيزيائيين في مركز تسريع خطي ستانفورد (SLAC) بتطوير واختبار طريقة جديدة تستخدم الغاز المؤين لتسريع الإلكترونات بسرعة كبيرة على مسافة قصيرة جدًا. يوضح مارك هوجان ، مؤلف مشارك للدراسة: "أوامر الحجم رائعة". "أنت في حاجة إلى طائرة لالتقاط صورة لمسرع ثلاثة كيلومترات. لكن في المسافة القصيرة أقصر من ذراعيها ، ضاعفنا الآن طاقة الإلكترونات إلى أعلى قيمة تم تحقيقها هنا ".

في الإعداد التجريبي ، تم إرسال الإلكترونات لأول مرة عبر المعجل الخطي لـ SLAC لمدة ثلاثة كيلومترات ، واكتسبت 42 مليار فولت إلكتروني من الطاقة. ثم مروا غرفة مساحتها 84 سنتيمترًا مملوءة بغاز الليثيوم المؤين. وهذا بالضبط أعطى الجسيمات نوعًا من "التوربو": لقد أضافوا مرة أخرى 42 مليار إلكترون فولت ، مما يضاعف محتوى الطاقة لديهم في أقصر مسافة ممكنة. سبب هذا التأثير هو البلازما التي تتشكل أمام الإلكترونات التي تطلق الغاز. يتدفق عبر الإلكترونات ويخلف وراءها نوعًا من الدفع ، مما يسرعها مرة أخرى.

أعلى مستوى من أي وقت مضى تحقق التدرج التسارع

وهكذا نجحت التجربة في تحقيق أكبر تدرج تسارع تم تحقيقه على الإطلاق. يشير هذا التدرج إلى سرعة امتصاص الجزيئات للطاقة. في هذه الحالة ، اكتسبت الإلكترونات الموجودة في غرفة البلازما طاقة أكثر من 3000 مرة لكل متر من المعتاد في المعجلات. وقال تشان جوشي ، الأستاذ بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ومتعاون في هذا المشروع: "يستخدم الفيزيائيون مسرعات الجسيمات لتوضيح بعض الأسئلة الأساسية حول طبيعة الكون". "آمل أن تمكننا تسريع البلازما من مواصلة تقليد الاكتشافات الغني في هذا المجال."

ومع ذلك ، لا يزال يتعين على علماء الفيزياء أن يتغلبوا: يبدو أن بعض الإلكترونات الموجودة في الشعاع تفقد الطاقة في غرفة البلازما بدلاً من تناولها. يقول هوجان: "من الواضح أننا نأخذ الطاقة من جزء وننقلها إلى الجزء الآخر". يريد الباحثون الآن تعديل التجربة لإرسال شعاعين إلكترونين منفصلين عبر الغرفة: "مورد طاقة" رائد سيثري الحزمة التالية. عندئذ فقط سيتم استخدام هذه الحزمة الثانية لتوليد تصادم الطاقة العالية في أجهزة الكشف.

يوضح بيرس دريل ، نائب مدير SLAC: "نأمل أن تجعل هذه الاختراقات يومًا ما الأجيال القادمة من معجلات الجسيمات أكثر بأسعار معقولة ومجدية". "إنه لأمر رائع أن نرى التقدم الكبير الذي تم إحرازه بالفعل من خلال البحث عن طرق جديدة في الأساس لتسريع الجسيمات."

(جامعة ستانفورد ، 15.02.2007 - NPO)