Los científicos de DESY han creado un acelerador de partículas en miniatura para electrones que puede realizar cuatro funciones diferentes con solo presionar un botón. El dispositivo experimental es impulsado por una fuente de radiación de Terahercios y puede acelerar, comprimir, enfocar y analizar grupos de electrones en un haz.Sus estructuras activas miden unos pocos milímetros de ancho. Los desarrolladores del Centro para la Ciencia del Láser Libre de Electrones CFEL presentan su "Acelerador y manipulador de electrones segmentados de Terahercios" STEAM en la revista Fotónica de la naturaleza . La radiación de Terahercios se encuentra entre las microondas y el infrarrojo en el espectro electromagnético.
Una de las características centrales del dispositivo es su sincronización perfecta con el haz de electrones. Los científicos logran esto mediante el uso del mismo pulso láser para generar un grupo de electrones y conducir el dispositivo. "Para hacer esto, tomamos un láser infrarrojopulso y dividirlo ", explica el primer autor Dongfang Zhang del grupo de Franz Kärtner en CFEL." Ambas partes se alimentan en cristales no lineales que cambian la longitud de onda del láser: para la generación de un haz de electrones, la longitud de onda se desplaza hacia el ultravioleta ydirigido a un fotocátodo donde libera un montón de electrones. Para STEAM, la longitud de onda se desplaza hacia el régimen de Terahercios. El tiempo relativo de las dos partes del pulso láser original solo depende de la longitud del camino que toman y puede controlarse muyprecisamente."
De esta manera, los científicos pueden controlar con una precisión ultra alta, qué parte de la onda de Terahercios golpea un grupo de electrones cuando ingresa al dispositivo. Dependiendo del tiempo de llegada del grupo de electrones, STEAM realiza sus diferentes funciones ". Por ejemplo, un grupo que golpea la parte negativa del campo eléctrico de Terahertz se acelera ", explica Zhang." Otras partes de la onda conducen al enfoque o desenfoque del grupo oa una compresión por un factor de aproximadamente diez ".el grupo de electrones se acorta en la dirección del vuelo, enfocar significa que se encoge perpendicularmente a la dirección del vuelo.
Además, STEAM permite realizar un análisis de la estructura del grupo de electrones a lo largo de su trayectoria de vuelo. Para esta técnica, llamada raya, el grupo de electrones entrante se desvía hacia los lados de tal manera que se mancha perpendicular a la direcciónde vuelo. Cuando este racimo manchado golpea un detector, produce un perfil del racimo a lo largo de su trayectoria de vuelo. El rayado se usa regularmente para analizar las estructuras del racimo en los aceleradores de partículas.", dice Zhang. Para realizar múltiples funciones, como la compresión y el enfoque, se pueden combinar varias unidades del dispositivo.
El uso de la radiación Terahertz también permite el tamaño compacto del dispositivo STEAM. "La radiación Terahertz generalmente tiene longitudes de onda cien veces más cortas que la radiación de radiofrecuencia utilizada en los aceleradores de partículas grandes de la actualidad. Por lo tanto, todas las estructuras en el dispositivo pueden encogerse en consecuencia,"explica Kärtner, quien es el científico principal de DESY y profesor de la Universität Hamburg. Midiendo apenas unos dos centímetros en el lado más grande, STEAM cabe fácilmente en una caja de fósforos". Y ese es solo el tamaño de la carcasa. Las estructuras activas están en un milímetroescala ", agrega Zhang.
La tecnología aún se encuentra en una etapa experimental. Los desarrolladores ven STEAM como un primer paso en el camino hacia una generación futura de aceleradores de partículas compactos, impulsados por Terahertz. Esto podría permitir nuevas aplicaciones y complementar los aceleradores actuales. Además, el manipulador de bolsillo puedeya se utiliza hoy en día: los grupos de aceleradores de todo el mundo ya lo están considerando para la caracterización del grupo, como señala Kärtner: "STEAM se puede utilizar para futuros aceleradores de mesa, pero sus diversas funciones también son interesantes para las máquinas existentes".
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Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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