Промышленный лазер разгоняет электроны экспресс
Заводской лазер, который на производстве режет и сваривает металл, впервые заставили работать ускорителем частиц. Физики взяли стандартный иттербиевый лазер — его сердцевина из кристалла размером с ладонь — и превратили его вспышки в инструмент для разгона электронов почти до скорости света. Раньше для такого трюка требовались уникальные лазерные системы размером с комнату, а тут — обычное промышленное устройство.
Лазер выстреливает пикосекундными импульсами (триллионные доли секунды), которые затем сжимаются в 20 раз — до 50 фемтосекунд. Это как если бы долгий раскат грома собрали в мгновенную молнию. Сжатый импульс бьёт в струю газа и создаёт плазменный пузырёк — крошечную полость, где электроны подхватываются волной, словно сёрферы на гребне, и вылетают вперёд с энергией в несколько мегаэлектронвольт. При этом лазер работает в режиме очередей: можно задавать от 625 до 6250 выстрелов в секунду — в десятки раз чаще, чем в прежних опытах.
Численное моделирование показало, что ускорение идёт в саморегулирующемся режиме: лазерный луч сам себя фокусирует в плазме, создавая условия для устойчивого разгона. Это похоже на то, как быстрый катер создаёт за собой волну, которая подталкивает пловца — только здесь волна из электронов, а катер — световой импульс. Такой подход соединяет надёжность заводского оборудования с эффективностью плазменного ускорения и обещает компактные источники быстрых электронов для лучевой терапии, сверхбыстрой съёмки и контроля качества материалов.
Иттербиевый лазер на кристалле Yb:YAG — прямой родственник тех лазеров, что режут сталь на заводах; его активный элемент размером не больше печенья заменяет целый зал научной аппаратуры.