Дабы оптимизировать их работу – и готовиться к средствам нового поколения, каковые выдвинут эти крайности потом – ученые изобрели новый инструмент, что может иметь размеры, как броский эти лучи, кроме того для импульсов, каковые продолжаются лишь фемтосекунды (quadrillionths секунды) либо attoseconds (quintillionths секунды). Сравнение 1 attosecond к 1 секунде похоже на сравнение 1 секунды к 31,7 миллиардам лет.Данный инструмент может кроме этого измерить размеры луча к в нескольких десятках миллимикронов (миллиардные части метра) – не разрушая опыты, каковые надеются на эти лучи.Новый инструмент, названный «монитор плотности обвинения», имел возможность кроме этого обеспечить более правильные меры фундаментальной физики в высокоэнергетических и высоко-полевых опытах луча и оказать помощь вести R&D упрочнения, каковые стремятся сократить стоимость и размер средств акселератора и коллайдера частицы, увеличивая их возможности.
Изучение, применяя это сделало предложение диагностический, имел возможность кроме этого оказать влияние на дисциплины в пределах от плазменной науки к ядерной физике, и мог привести к новым заявлениям и продемонстрировать новую физику.В Акселераторе Лазера Berkeley Lab американского Министерства энергетики (BELLA) Сосредотачиваются, исследователи сохраняют надежду проверить данный инструмент, измеряя свойства частицы по окончании интенсивного бурения лазерного луча через самолет газа.
Наряду с этим они сохраняют надежду определить о пульсе электронного луча, появляющемся из этого сотрудничества.«BELLA снабжает, совершенный испытательный стенд для оценки потенциала измеряющего луч способа в современном состоянии продвинул акселератор, поскольку мы стремимся создавать самые броские ультракороткие взрывы электронов с отечественной компактной разработкой акселератора», сообщил Вим Лееманс, директор Центра BELLA и Accelerator Technology & Applied Physics Division в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab).«Это обеспечило бы замечательный инструмент для улучшения и измерения лучей BELLA».Leemans возглавил команду Berkeley Lab участников как часть интернациональной команды в техническом изучении, детально излагающем новый способ, изданный в выпуске 10 мая издания Physical Review X.
Роксана Таркешиэн, исследователь в Бернском университете и ранее в Университете Пола Шеррера, являлась ведущим автором изучения и преследовала новый диагностический способ с 2015, при помощи Томаса Феурера, учителя в Бернском университете и специалиста в основанной на физике космоса и лазере технологии.«Ее ультрачувствительные измерения в высоком разрешении, и ее компактность и низкая стоимость среди ее активов», сообщил Таркешиэн.Изучение детализирует, как интенсивные пучки частиц смогут мчаться через имеющий малую плотность нейтральный газ, снимая электроны от газовых атомов до сильных электрических полей, которые связаны с интенсивными пучками частиц. Ионизированное (заряженное) облако вопроса, известного как плазма – содержащий электроны и ионы – формируется в ходе.
«Беспрецедентное» ответ техники в течение какого-либо времени и размер отдельных импульсов для обоих лучей позитрона и электронных лучей касаются результата, в котором маленькие трансформации в яркости луча всего нескольких процентов к десяткам процента смогут привести к десяткам к сотням времен больше ионов, произведенных в присутствии электрического поля, отметил Таркешиэн.Процесс подобен тому, что происходит, в то время, когда весьма интенсивный, сосредоточенный пульс лазерного луча либо рентгена взаимодействует с газом и ионизирует атомы. Но имеется серьёзные различия в физике этого процесса ионизации для пучков света (фотоны) против других типов пучков частиц.
С пучками света ионы и электроны (заряженные частицы) произведены везде по следу луча, и электроны, которые связаны с плазмой имеют довольно низкую скорость и имеют тенденцию бродить около колонки ионов, пока они не поделены внешним электрическим полем. Ионы с хорошими зарядами тогда дрейфуют в противоположном направлении и смогут быть измерены.
Для электрона (отрицательно заряженный) либо позитрон (положительно заряженный) пучки частиц, форма электрического поля напоминает пончик и создаёт кольцевую плазменную колонну без ионов, первоначально покинутых в пути луча – отверстие пончика. Эти пучки частиц смогут поставлять мощный удар электронам, каковые смогут покинуть кольцевую колонку ионов сзади.
И те ионы смогут управляться на большом растоянии электрическим полем к датчику, что измеряет количество ионов, их скорости и их заряженного страны.Последнее изучение говорит о том, что новый инструмент измерения может кроме этого подобрать больше информации о самом луче от этого «пончика иона» под верными условиями работы – с соединением и правильной плотностью газов, к примеру.
Команда выполнила сложные моделирования, применяя Беркли усовершенствованный Лабораторией машинный код, известный как другой кодекс и Деформация, известный как VSim. Исследователи смоделировали сотрудничество лучей и частицы фотона с газами и следующей связанной с плазмой динамикой.«Моделирования разрешили нам увеличивать время и пространство – от постепенного уменьшения сантиметра до размера подмикрона луча, и следовать за распределениями и динамикой электронов и ионов в разных временных рамках», сообщил Жан-Люк Вэ, научный сотрудник из Berkeley Lab, что содействовал ДЕФОРМАЦИИ, кодирует, и приводит Программу Моделирования Акселератора в Подразделении Лаборатории ATAP.
Вей подчернул, что нюансы кодекса доказали ключ в понимании различий и точном моделировании между эффектами пучков частиц против лучей фотона, и в нахождении лучшего метода настроить и руководить совокупностью.Когда полная диагностическая совокупность осуществлена в совокупностях акселератора, моделирования окажут помощь к проверке в настоящих условиях фактическим измерениям в опытах и окажут помощь развивать путь для оптимизации работы луча.
«Маленькие трансформации могли быть решены весьма совершенно верно», сообщила она, на базе измерений отдельных импульсов луча.Предложенная техника кроме этого открывает возможность изучить вызванную обвинением динамику в вопросе и может обеспечить больше понимания временных рамок фундаментальных ядерных либо молекулярных процессов, изучаемых с attosecond импульсами фотона, она сообщила, включая собственность, известную как квантовое туннелирование, в котором частица может показаться к спонтанно «тоннелю» через потенциальный барьер атома вопреки хорошей физике.И Tarkeshian показывает, что предложенное диагностическое имело возможность появляться нужным для существующих лазеров на свободных электронах рентгена (XFELs), таких как рентген Linac Coherent Light Source (LCLS) FEL в Национальной ускорительной лаборатории SLAC, средство ВСПЫШКИ на DESY в Германии, SwissFEL в Paul Scherrer Institute (PSI) в Швейцарии, среди вторых и средств в строительных работах как LCLS-II в SLAC.К примеру, прототип был установлен в LCLS с вкладами и поддержкой Патрика и учёного Креджкика и команды в PSI, дабы диагностировать ультракороткие, высокоэнергетические электронные связки, произведенные его акселератором.
Таркешиэн подчернул, что другие инструменты были созданы, дабы обеспечить свойств и измерения акселератора луча XFEL, но потому, что импульсы лучей упаковывают все больше энергии и интенсивности в меньше и более маленькие импульсы, новые инструменты будут нужны, дабы идти в ногу с этими чрезвычайными лучами.Она кредитовала некую ветхую десятилетиями работу над предложенным диагностическим для испытательного проекта акселератора в SLAC, известном как Последний Испытательный Луч Центра либо FFTB, в прокладывании пути к данной новой концепции проекта.«В отечественной последней работе мы изучили не только понятия, вместе с тем и обратились к трудностям, с которыми эта техника может столкнуться экспериментально», сообщил Таркешиэн.
«Превосходно вернуть это незаконченное понятие от пара десятилетий назад с новыми идеями, и с постоянной помощью мы можем реализовать ее потенциал», добавила она. «Это – весьма открытый путь, и мы лишь начинаем».Лимэнс сообщил, «Мы считаем, что практическая реализация данной инновационной техники будет в конечном итоге воображать широкий интерес для интернациональной высокоэнергетической физики и неспециализированных управляемых акселератором научных сообществ».
Работа была поддержана Офисом САМКИ Офиса Науки Высокой Энергетики, Седьмой Программы Структуры ЕС и швейцарского Национального научного фонда.