مسرعات الجسيمات ذات أهمية كبيرة في دراسة موضوع الكون ، ولكن تلك التي نعتقد أنها تميل إلى أن تكون أدوات عملاقة – تحيط بالمدن في بعض الحالات. لقد صنع العلماء الآن نسخة أصغر بكثير لتشغيل ليزر متقدم ، وهو إعداد يمكن أن يكون مفيدًا مثل نظرائه الأكبر حجمًا.
مسرع الجسيمات المعني هو أ مسرع البلازما ويكفيلد، والتي تولد دفعات قصيرة ومكثفة من الإلكترونات ، والليزر الذي تستخدمه هو ما يُعرف باسم ليزر الإلكترون الحر (FEL) ، الذي يستخدم ضوءه لتحليل الذرات والجزيئات والمواد المكثفة بدقة عالية بشكل لا يصدق.
بينما تمت تجربة هذا السيناريو من قبل ، فإن ضوء الليزر الناتج لم يكن شديدًا بدرجة كافية ليكون مفيدًا على المقاييس الأصغر. هنا ، تمكن الباحثون من إبقاء الإعداد مغلقًا في عدد قليل من الغرف ذات الحجم الطبيعي مع تضخيم شعاع الإلكترون النهائي الناتج عن الليزر ، مما زاد من شدته بمقدار 100 مرة في الخطوة الأخيرة من العملية.
“لقد أثبتنا جدوى المسار التقني الجديد من خلال مسرع الإلكترون الليزري بقدرة تسريع فائقة للغاية ، وقلص حجم المنشأة من مستوى الكيلومتر إلى 12 مترًا ،” يقول الفيزيائي لينغ يوكسين، من الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS).
كانت هناك تحديات مختلفة للفريق في تقليص التكنولوجيا مع الحفاظ عليها عمليًا أيضًا. كان عليهم تقليص التباين في طاقة الإلكترونات إلى 0.5 بالمائة فقط ، على سبيل المثال ، الأمر الذي تطلب سلسلة من التحسينات التي تتحكم في تسارع الإلكترونات وتضمن السفر السلس.
يتم إطلاق الإلكترونات عبر أنبوب مفرغ ومن خلال سلسلة من ثلاثة مموجات ممغنطة ، والتي تستخدم مجالاتها المغناطيسية لزعزعة الإلكترونات وإنتاج الضوء. يدفع الضوء المنبعث الإلكترونات إلى الخلف ، ويدفعها إلى مجموعات أصغر تولد بعد ذلك شعاع الليزر.
تعد زيادة المجال الكهربائي من خلال أجهزة التمديد مع الحفاظ على الاستقرار أحد الأسباب التي تجعل الإعداد مضغوطًا كما كان. وهذا يعني أنه يمكن تطبيق العديد من فوائد مسرعات الجسيمات في التجارب التي يتم إجراؤها داخل غرفة واحدة.
“إن ميزات FEL ، بما في ذلك معدلات الدقة الفائقة فيما يتعلق بالزمان والمكان والسطوع الفائق الذروة ، تجعل من الممكن تحقيق تصوير ثلاثي الأبعاد ومتعدد الوسائط للأمور بدقة فائقة ،” يقول الفيزيائي وانغ وينتاومن CAS.
لا يقتصر الأمر على أن الإعداد الجديد أصغر من مسرع الجسيمات القياسي وتكوين FEL ، بل إنه أيضًا بأسعار معقولة أيضًا – مما يفتح جميع أنواع التطبيقات الجديدة المحتملة ، حتى لو لم يكن الجهاز بنفس قوة الإصدارات الكاملة.
في الواقع ، إن الحصول على مسرّع الجسيمات الجديد وجاهز FEL للتجارب المعملية العملية سيستغرق الكثير من الوقت والكثير من الأبحاث ، لكن العلماء أظهروا ما هو ممكن من حيث تقليص النظام بأكمله.
وبينما تظل هناك أسئلة معينة حول مدى توافق المسرع الصغير والليزر مع النتائج التي نحصل عليها بالفعل من الإصدارات الأكبر ، خبراء آخرين سارعوا إلى الثناء على البحث الجديد فيما تمكّن من القيام به. قد يكون هناك الكثير من الاكتشافات الجديدة والمثيرة في الطريق.
“من المرجح أن يؤدي تطبيق التكنولوجيا المحتملة إلى توسيع فهم الإنسان بشكل كبير لسر الحياة وثورة الكائنات الحية ،” يقول Wentao.
تم نشر البحث في طبيعة.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”
