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Este diminuto acelerador de partículas recicla energía con ondas de terahercios

Este diminuto acelerador de partículas recicla energía con ondas de terahercios


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Un equipo de científicos construyó un acelerador de partículas doble en miniatura que recicla la energía láser alimentada inicialmente al sistema para aumentar la energía de los electrones por segunda vez, según un nuevo estudio publicado en la revista.Revisión física X.

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El acelerador de partículas recicla energía

Haciendo uso de la radiación de terahercios de banda estrecha que se encuentra entre las frecuencias infrarrojas y de radio en el espectro electromagnético, el dispositivo en sí es un objeto único de 1,5 centímetros de largo y 0,79 milímetros de diámetro. Dongfang Zhang y sus colegas del Centro de Ciencia Láser de Electrones Libres (CFEL) en DESY dieron a conocer su acelerador experimental en la revista.Revisión física X.

La pequeña estatura del nuevo dispositivo es posible debido a la corta longitud de onda de la radiación de terahercios. "Los aceleradores basados ​​en terahercios han surgido como candidatos prometedores para las fuentes de electrones compactos de próxima generación", dijo Franz Kärtner, jefe del grupo CFEL que construyó el dispositivo y científico principal de DESY. Los científicos han completado experimentos exitosos con aceleradores de terahercios antes, lo que permitió aplicaciones donde los aceleradores de partículas grandes no son factibles ni necesarios. "Sin embargo, la técnica aún se encuentra en una etapa temprana, y el rendimiento de los aceleradores de terahercios experimentales se ha visto limitado por la sección relativamente corta de interacción entre el pulso de terahercios y los electrones", dijo Kärtner, según phys.org.

Las ondas de terahercios ahorran energía láser

Para operar el nuevo dispositivo, el equipo utilizó un pulso más largo compuesto por muchos ciclos de ondas de terahercios. Pudieron extender la sección de interacción con las partículas utilizando este pulso multiciclo con gran éxito. "Alimentamos el pulso multiciclo de terahercios en una guía de ondas que está revestida con un material dieléctrico", dijo Zhang, según phys.org.

El nuevo dispositivo no produjo una gran aceleración en el laboratorio. Pero el equipo podría probar su concepto mostrando cómo los electrones obtienen energía en una guía de ondas. "Es una prueba de concepto. La energía de los electrones aumentó de 55 a aproximadamente 56,5 kilo electronvoltios", dijo Zhang a phys.org. "Se puede lograr una aceleración más fuerte usando un láser más fuerte para generar pulsos de terahercios".

Esta disposición estaba destinada principalmente a la física no relativista, lo que significa que los electrones tienen velocidades que no son tan rápidas como la propia luz. En particular, la física no relativista permite el reciclaje del pulso de terahercios para una segunda etapa de aceleración. "Una vez que el pulso de terahercios sale de la guía de ondas y entra en el vacío, su velocidad se restablece a la velocidad de la luz", explicó Zhang a phys.org. "Esto significa que el pulso supera al grupo de electrones más lento en un par de centímetros. Colocamos una segunda guía de ondas a la distancia justa en la que los electrones entran junto con el pulso de terahercios que nuevamente es ralentizado por la guía de ondas. De esta manera, generamos una segunda sección de interacción, aumentando aún más las energías de los electrones ".

Dentro del experimento de laboratorio, solo una fracción del pulso de terahercios podría reciclarse de esta manera. Pero el experimento mostró que el reciclaje de energía en aceleradores de partículas es factible en principio, y Zhang cree que la fracción reciclada podría incrementarse sustancialmente. Nicholas Mattlis, científico senior y líder del equipo del proyecto del grupo CFEL, destacó: "Nuestro esquema en cascada reducirá en gran medida la demanda del sistema láser requerido para la aceleración de electrones en el régimen no relativista, abriendo nuevas posibilidades para el diseño de aceleradores basados ​​en terahercios ".


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