Elegance laserového plazmového urychlování. Kredit: DESY, Science Communication Lab.

Budoucí urychlovače částic budou nejspíš vypadat úplně jinak než ty dnešní. Budou výkonné a zároveň velmi kompaktní. Vejdou se na stůl a třeba i do chytrého telefonu. To nabízejí laserové plazmové urychlovače, které jsou teď ve víru intenzivního výzkumu a vývoje. Odborníci německého institutu DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) nedávno zaznamenali významný rekord, který představuje další milník na cestě k pokročilým urychlovačům.

Andreas R. Maier. Kredit: Thomas Schuster / DESY.

Na beamline LUX, vyvinuté a provozované DESY ve spolupráci s University of Hamburg, běžel laserový plazmový urychlovač v jednom kuse celých 30 hodin. Vedoucí výzkumu Andreas R. Maier to hodnotí jako zásadní krok ve vývoji této inovativní urychlovací technologie. Podle Wima Leemanse, šéfa Accelerator Division v DESY, je už doba zralá na to, aby laserové plazmové urychlovače vyšly z laboratoří do praktických aplikací. Těch by přitom mohla být celá řada.

DESY, logo.

V laserovém plazmovém urychlovači jsou částice urychlované na vlnách plazmatu v brázdovém poli (wakefield acceleration), rozvlněných laserovým paprskem. Tento fenomén umožňuje urychlovat částice mnohem intenzivněji, než to zvládnou i ty nejvýkonnější soudobé urychlovače. Proto mohou být laserové plazmové urychlovače velmi malé, až neuvěřitelně. Stále ještě zbývá překonat celou řadu technických překážek. Jak ale říká Maier, když teď mohou provozovat urychlování laserovým plazmovým urychlovačem po dlouhou dobu bez přestávky, tak by jim měl jít výzkum lépe od ruky.

Část beamline LUX v detailu. Kredit: DESY.

Během rekordního 30hodinového provozu Maierův tým urychlil více než 100 tisíc svazků elektronů, vždy zhruba jednou za sekundu. Pak to zopakovali už nejméně třikrát. Vytvořili tím velký soubor dat, který jim usnadní analýzy fungování urychlovače i samotného procesu urychlování v brázdovém poli. Podle Maiera bylo v jejich případě klíčem k úspěchu spojit znalosti dvou poněkud odlišných oborů – urychlování v brázdovém poli a stabilní provoz urychlovačů. V institutu DESY měli k dispozici oboje.

Jak uvádí Leemans, úspěch výzkumu laserové plazmové urychlovače potvrzuje, že takový urychlovač může mít kontrolovatelný a přesně opakovatelný provoz. Teď bude podle něj možné navázat dalším vývojem této slibné technologie.

Literatura

Deutsches Elektronen-Synchrotron 19. 8. 2020.

Physical Review X 10: 031039.