ليزر صناعي يسرّع الإلكترونات سريع
لأول مرة، تم تحويل ليزر مصنعي، يُستخدم في المصانع لقطع ولحام المعادن، إلى مسرّع جسيمات. أخذ الفيزيائيون ليزر إتيربيوم قياسيًا — قلبه بلورة بحجم كف اليد — وحوّلوا ومضاته إلى أداة لتسريع الإلكترونات حتى接近 سرعة الضوء. في السابق، كانت مثل هذه الحيلة تتطلب أنظمة ليزر فريدة بحجم غرفة كاملة، أما هنا فيكفي جهاز صناعي عادي.
يطلق الليزر نبضات بيكو ثانية (أجزاء من تريليون من الثانية)، ثم تُضغط هذه النبضات 20 مرة لتصل إلى 50 فيمتو ثانية. الأمر يشبه جمع صوت رعد طويل في ومضة برق واحدة. النبضة المضغوطة تصطدم بنفث غاز وتُحدث فقاعة بلازما — تجويفًا صغيرًا تلتقط فيه موجة الإلكترونات، مثل راكبي الأمواج على قمة الموجة، فتنطلق الإلكترونات إلى الأمام بطاقة تبلغ عدة ميغا إلكترون فولت. يعمل الليزر في وضع الرشقات: يمكن ضبط عدد الطلقات بين 625 و6250 طلقة في الثانية — أي عشرات المرات أكثر من التجارب السابقة.
أظهرت المحاكاة العددية أن التسارع يتم في وضع التنظيم الذاتي: شعاع الليزر يركّز نفسه في البلازما، مما يهيئ ظروفًا للتسارع المستقر. هذا يشبه قاربًا سريعًا يخلق خلفه موجة تدفع السباح — لكن هنا الموجة من الإلكترونات والقارب هو نبضة ضوئية. يجمع هذا النهج بين موثوقية المعدات المصنعية وكفاءة التسارع البلازمي، ويعد بمصادر مدمجة للإلكترونات السريعة للعلاج الإشعاعي والتصوير فائق السرعة وفحص جودة المواد.
ليزر الإتيربيوم على بلورة Yb:YAG هو قريب مباشر لتلك الليزرات التي تقطع الفولاذ في المصانع؛ عنصره النشط لا يتجاوز حجمه حجم قطعة بسكويت، ويحل محل قاعة كاملة من الأجهزة العلمية.