Zvětšit obrázek

Stolní urychlovač částic. Kredit: University of Texas.

Urychlovače částic si obvykle představujeme jako epické stroje, které se zakusují do samotné podstaty hmoty a vesmíru. A potřebují k tomu spoustu místa. Asi jen málokdo by si pomyslel, že by jednou mohl být v laboratoři běžných rozměrů. Není tak ale tak šílená představa,jak by se zdálo. Postupně se objevují urychlovače částic s velmi slušným výkonem, které se vejdou na pracovní stůl. Nezní to fantasticky?

Zvětšit obrázek

Mike Downer. Kredit: University of Texas.

Nedávno se Mike Downer a jeho tým z Texaské univerzity v Austinu blýskli novým stolním urychlovačem částic, který se vyrovná urychlovačům o rozměrech stovek metrů, jaké je možné pořídit za stovky milionů dolarů. Downer nadšeně líčí, jak jejich urychlovač nakopne půl miliardy eletronů na 2 gigaelektronvolty na dráze o délce pár centimetrů. Oproti dosavadním technologiím urychlování částic jde o zhruba desetisícinásobné zmenšení. Jejich výsledky teď jako zásadní publikoval časopis Nature Communications.

Zvětšit obrázek

Texas Petawatt Laser. Kredit: University of Texas.

Podle všeho se už blíží doba, kdy budou výzkumné laboratoře běžně vybaveny kapesními urychlovači o výkonu mnoha gigaelektronvoltů.Sám Downer odhaduje,že laboratorní urychlovače o výkonu 10 GeV budou dostupné za pár let a urychlovače o výkonu 20 GeV podobné velikosti by se mohly objevit za desetiletí. A k čemu takové urychlovače? Podle Downera by takto urychlené elektrony mohly pohánět femtosekundový rentgenový laser, nad jakým by zaplesalo srdce každého chemika či biologa. Femtosekundové laserové pulsy už totiž umožňují studovat atomovou strukturu jednotlivých molekul proteinů v živém vzorku a podobné brilantní kousky.

Zvětšit obrázek

Vakuová komora, kde dochází k urychlování elektronů. Kredit: University of Texas.

Technologie, kterou k urychlování částic na stole Downer a spol.používají přitom není nijak zapeklitě složitá. Chce to jen malý obláček plynu, správného tvaru a hustoty, do něhož střílíte laserové pulzy. Přitom ionizuje plyn na plazma a vytvoří pole s velkým elektrickým nábojem v nichž se urychlují elektrony. Podle Downera je to jako když by někdo vhodil do jezera motorový člun s nahozeným motorem. Člun, tedy vlastně laser, řádně šplouchne a pak se rozjede přes jezero, přičemž vyvolá velkou vlnu. Při počátečním šplouchanci vznikne spousta kapek, tedy nabitých částic, které se svezou s vytvořenou vlnou a tím se urychlí. Na druhé straně jezera pak tyhle kapky vylétnou ven a to je Downerův paprsek elektronů urychlených na 2 gigaelektronvolty.

Tenhle trik vymysleli už na konci sedmdesátých let, dlouho ale nebyly k dispozici dost silné lasery. Dnešní tým Texaské univerzity má přístup k zařízení Texas Petawatt Laser a to už je jiná káva. Mají tam jedny z nejsilnějších laserů na světě a když s takovým laserem urychlují, tak mohou používat mnohem méně husté plyny, než v předešlých experimentech. Zároveň jsou už ale petawattové lasery k dostání na trhu, takže jen stačí doladit 10 GeV urychlovače, což podle Downera není otázkou přelomových objevů, ale jen udržení životodárného toku peněz a bude se urychlovat jedna báseň. Už víte, co si v laboratoři budete přát k Vánocům?

Literatura

University of Texas News 20.6. 2013, Nature Communications online 11.6. 2013, Wikipedia (Plasma acceleration).