Ένα βήμα πιο κοντά στους «επιτραπέζιους» επιταχυντές σωματιδίων

Μια νέα εποχή για τη διάγνωση και θεραπεία ασθενειών, για βιομηχανικές εφαρμογές όπως η κατασκευή προϊόντων, όπως και για τη φυσική υψηλών ενεργειών, ανοίγει η νέα τεχνική επιτάχυνσης ηλεκτρονίων που ανέπτυξαν Αμερικανοί επιστήμονες από το Εθνικό Κέντρο Επιταχυντών SLAC, το οποίο υπάγεται στο υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ.

Η τεχνική αυτή βασίζεται σε κύματα πλάσματος, χάρις στα οποία τα ηλεκτρόνια αποκτούν υψηλή ταχύτητα σε πολύ μικρές αποστάσεις. Έτσι, υπόσχεται την ανάπτυξη επιταχυντών που θα έχουν εξαιρετικά μικρότερες διαστάσεις και θα κοστίζουν αρκετά λιγότερο από τις σημερινές διατάξεις.

Τα κύματα πλάσματος αποτελούνται από ιονισμένο αέριο, το οποίο με την κίνησή του παρασύρει τα ηλεκτρόνια. Έτσι, όπως αναφέρουν οι ερευνητές σε άρθρο τους στο περιοδικό Nature, στα πειράματά τους αποδείχθηκε πως τα στοιχειώδη σωματίδια αποκτούν 400-500 φορές υψηλότερη ενέργεια απ’ ό,τι αν κάλυπταν την ίδια απόσταση σε έναν συμβατικό επιταχυντή.

Εξίσου σημαντικό είναι πως η μεταφορά ενέργειας στα ηλεκτρόνια γίνεται πολύ πιο αποδοτικά και «στοχευμένα», συγκριτικά με πειράματα άλλων ομάδων που είχαν επιχειρήσει παλιότερα να αξιοποιήσουν την ίδια τεχνική.

«Ένα βασικό στοιχείο που καθορίζει τις τεχνικές προδιαγραφές των επιταχυντών είναι το πόσο γρήγορα τα ηλεκτρόνια αποκτούν την επιθυμητή ταχύτητα», σημειώνει ο Μάικ Λίτος, επικεφαλής της ομάδας. «Ουσιαστικά δείξαμε πως, χάρις σε αυτή τη μέθοδο, μια διάταξη με μήκος μόλις 6 μέτρα θα παρήγαγε δέσμες ηλεκτρονίων με την ίδια ενέργεια που πετυχαίνει σήμερα ο γραμμικός επιταχυντής του SLAC, μήκους 3,2 χιλιομέτρων».

Η επιτάχυνση μέσω κυμάτων πλάσματος πρωτοπροτάθηκε πριν από 35 χρόνια, ενώ το SLAC ασχολείται με τη συγκεκριμένη μέθοδο εδώ και μια δεκαετία. Σε πείραμα το 2007, ερευνητές είχαν καταφέρει να προσδώσουν σε μια δέσμη ηλεκτρονίων ενέργειες από 42 έως 85 γιγαηλεκτρονιοβόλτ (GeV). Ωστόσο, από τον αρχικό αριθμό των 18 δισ. ηλεκτρονίων, είχε επιταχυνθεί μόλις το 1 δισ., και μάλιστα σε ένα τόσο μεγάλο εύρος ενεργειών που πρακτικά η παραγόμενη δέσμη δεν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές.

Αν και τα αποτελέσματα του SLAC επιβεβαιώνουν πως η τεχνολογία λειτουργεί στην πράξη, οι επιστήμονες σημειώνουν πως θα πρέπει να περιορίσουν ακόμη περισσότερο το ενεργειακό εύρος των ηλεκτρονίων της δέσμης, πριν κάνουν την εμφάνισή τους οι πρώτοι επιταχυντές νέας «γενιάς».

Πηγή